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主要内容

生态学是什么?

生态学概述。生物和非生物因素。生态学的不同层面。

要点

  • 生态学 是研究生物体如何相互作用以及如何与它们的物理环境相作用的学科。
  • 地球上生物的分布和丰富程度是由与生物有关的生物因素,和与非生物和物理因素相关的非生物因素共同决定的。
  • 生态学是在许多层次上进行研究的,包括生物体、种群、群落、生态系统和生物圈。

欢迎来到生态学!

你是否曾经徒步穿过森林,注意到生活在一起的生物间令人难以置信的多样性,从蕨类植物到树木,再到餐盘大小的蘑菇?或者你开车旅行,看着窗外景色的变化,从橡树林到高耸的松树林再到长满青草的平原?如果是这样的话,你已经领略了生态学的经典内容。生态学是生物学的一个分支,它研究生物体如何相互作用,以及如何与它们的物理环境相作用。
生态不只是物种丰富的森林,原始的荒野,或者风景秀丽的远景。例如,你是否曾经发现过在你的床下生活的蟑螂,在你的浴室里生长的霉菌,甚至在你的脚趾间蔓延的真菌?如果是这样,那么你已经看到了同样有效的生态学实例。
图像来源:左上, 森林 来自 Jens Hellermann,公共领域;右上, 孔扎草原自然保护区 来自 Kgwo1972,公共领域;左下, 圣拉斐尔草地 来自 Dominic Sherony, CC BY-SA 2.0;右下 蟑螂特写镜头 来自邰秉宥, CC BY-SA 2.0

生物和非生物因素

生态学的一个核心目标是了解自然环境中生物的分布和丰富程度。例如,你的后院或附近的公园里可能有非常不同的植物、动物和真菌,而在地球另一端的可汗学院的同学的后院里可能有非常不同的植物、动物和真菌。这些自然界的模式是由生物体之间以及生物体与其物理环境之间的相互作用所驱动的。
举个例子,让我们回到浴室霉菌。霉菌更有可能出现在你的浴室里,而不是你放袜子的抽屉里。为什么会这样呢?
  • 也许霉菌需要一定量的水来生长,而这些水只有在浴室能找到。水的可获得性是影响生物体分布的非生物因素的一个例子。
  • 也许霉菌是由在浴室的死皮细胞滋生的,但梳妆台里没有这些。其他生物体提供的营养物质的可获得性是影响分布的与生物体有关的生物因素的一个例子。

案例研究:小熊猫

让我们把生物和非生物因素的概念应用到另一种生物上,一种野外生态学家可能会研究的生物。小熊猫是浣熊的远亲,只在喜马拉雅山脉东部被发现。它们大部分时间都在树上,主要吃素食。近年来,小熊猫的数量显著下降,使保护组织将其列为易受伤害或濒危物种1,2
图像来自: 小熊猫差点掉下来 作者 Sander van der Wel, CC BY-SA 2.0
这一变化背后的主要因素是什么?生态学家发现,诸如砍伐树木和从家养狗身上传染疾病等生物因素,对小熊猫种群数量的下降起到了重要影响2。到目前为止,非生物因素还不是很重要,但是温度的变化可能会导致未来栖息地的进一步丢失3
了解导致小熊猫数量下降的主要因素有助于生态学家制定保护该物种的保护计划。

生态学家如何提出问题?

问一些关于自然界的问题,比如“为什么小熊猫数量在减少?”生态学家从生物学和相关学科的许多领域汲取经验。包括生物化学、生理学、进化论、行为生物学、分子生物学以及地质学、化学和物理学。
自然历史学家可以说是最早的生态学家——可以追溯到古希腊哲学家亚里士多德!然而,今天的生态学家是严谨的、定量研究的科学家。他们进行受控实验,使用统计学在大型数据集中发现模式,并建立生态相互作用的数学模型。

不同级别的生态学

在生态学范围内,研究人员在五个广泛的层次上进行研究,有时是单独的,有时是重合的:个体、种群、群落、生态系统和生物圈。
让我们研究每个级别。
  • 个体:生物生态学家研究适应性,即自然选择产生的有益特征,使个体能够生活在特定的栖息地。这些适应性可以是形态的、生理的或行为的。
  • 种群: 一个种群是在同一时间生活在同一地区的同一物种的一组生物。种群生态学家研究种群的大小、密度和结构以及它们如何随时间而变化。
  • 群落:生物群落由生活在某一特定区域内的所有不同物种的种群组成。群落生态学家关注种群之间的互动以及这些互动如何塑造群落。
  • 生态系统:一个生态系统包括一个区域内的所有生物、群落以及影响该群落的非生物因素。生态系统学家经常关注能量的流动和营养物质的循环利用。
  • 生物圈: 生物圈是将行星地球看作一个生态系统。在生物圈层面工作的生态学家可以研究全球模式——例如,气候或物种分布——生态系统之间的相互作用,以及影响全球的现象,如气候变化。
图像改自生态学的范围:图1 作者 OpenStax College, Biology, CC BY 3.0
以上五个生态层次从小到大依次列出。他们建立了一个渐进的群体——种群由个体组成;群落是由种群组成的;生态系统是由一个群落和它的环境组成的;等等。组织的每个级别都有紧急属性,这些新属性不存在于该级别的组件部件中,而是来自这些部件的交互和关系。
生态研究的级别提供了对生物体如何相互作用和环境的不同见解。我喜欢把这些级别看作是不同强度的放大镜。如果你真的想知道在一个特定的生态系统中发生了什么,你可能想要使用不止一个!

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