第三章 个体系统的结构和过程 —— 粗粒化的分析 第三章 个体系统的结构和过程 —— 粗粒化的分析

生态学中的粗粒化分析 成熟领域、交叉领域 生物有机体层次个体的外貌和结构 有机体系统物质、能量、信息的输入和输出 生物体内物质与能量的运输、分配和存储 生物系统的生长和发育

粗粒化 Global Transect Distribution of IGBP

粗粒化-细粒化

细粒化

有机体- 研究最多的层次 个体的概念-多层次 外貌和结构 体型大小差别的规则 生态学注重粗粒化外貌 “有机体”层次研究最多，但不一定最清晰 博物学 外貌和结构 质，分类基准 体型大小差别的规则 动物——体长1.3倍数, 重量2的倍数 原核细胞与真核细胞——差一个数量级 植物如何? 生态学注重粗粒化外貌

原核细胞与真核细胞 生命史上间断最大的类群 外貌和结构 真核细胞体型差别小的原因 ？？ 结构描述与定量分析：作业-线度和体积 内共生假说： 调控 信息 ？？

单体生物与构件生物 单体生物 构件生物 结构分析：构件内卷 经济分析：资源与防卫 结构分析：构件外展 移动灵活对获取非匀质资源有利 构件生物 结构分析：构件外展 亚个体、多级自相似 经济分析：利于获得匀质资源，并以构件替换补偿损伤 亚种群、超个体

骨骼化 生命史二次大规模骨骼化 动植物同时发生 骨骼化的意义：外部屏障与内部支撑 增大体积 建成空间结构 运动 获得资源

花与营养体的同一性 动植物、植物营养与生殖差异很大 其实无本质差异 基本单位——生长元 同源假说最早由谁提出？

个体结构过程思考题 分析单体生物和构件生物的结构特点及其生态意义 论述生物体能量代谢的生态策略 简述动物或植物体内主要营养物质生物循环的路径 在经济分析一章讨论

生长 ——重量、体积、细胞数 相关生长与异速生长 植物、动物 人的异速生长，丢勒图

S型曲线(遵从种群分析) 定量分析：生长速率 生长分析

生长速率 加环境容量后，模型形式遵从Logistic 绝对生长速率（G，AGR） 相对生长速率（RGR） dW/dt = rW ≈ (W2 – W1)/ (t2-t1) 相对生长速率（RGR） 1/W dW/dt = rW/W (= r) ≈ (ln W2 – ln W1)/(t2-t1) 加环境容量后，模型形式遵从Logistic K，如何确定？ 模型？

生长速率 加环境容量后，模型形式遵从Logistic 如何确定K？ 模型形式和意义？

异速生长 生物中的异速生长是研究有机体的一个部分的生长和发育与另一个部分的关系， Y = aXk logY = logα + klogX 或 logY = logα + klogX Y表示一个组分的生长变量，X为另一个组分变量，a、k为异速生长系数，它反映了两变量间的对数生长速度的比率（物质分配比例）

案例1 植物R/S 如果b<1，则根（R）的RGR大于束（S）：多根性rootiness 如果b>1，则根的RGR小于束：多束性shootiness B由遗传决定，但也随生育期及外部因素改变

案例2 动物

异速生长的普遍性 一个系统两个变量之间的乘幂(power law)关系 作业：寻找跨层次案例 超线性与亚线性 示范案例-城市模型 （A）2006年在美国大都市区（MSAs）的道路行车线总里程（lane miles），2006年MSAs 城市国内生产总值，G作为人均GDP和人均道路容积（volume）被估测。Bettencourt，2013，Science

发育 分化和特化 变态——不连续变化 衰老与死亡 植物与动物的连续变化 分生点：植物分生组织、动物干细胞 动物体变态明显 植物生殖器官亚个体变态也明显 衰老与死亡

衰老和死亡 衰老是发育过程，在个体发育后期表现突出 衰老是自组织系统共有的特征 死亡是自组织过程，生命系统的更新，生态与进化 个体、种群、城核系统、文明 死亡是自组织过程，生命系统的更新，生态与进化

繁殖 繁殖格局 一次繁殖与多次繁殖：生长点的个数与消耗速度 “多年生”概念不够准确，如越年生 繁殖的资源意义 生态与进化——经济分析

植物能量物质平衡与策略 收支平衡与代谢 植物代谢策略（分析不纯粹） C：易得资源，广泛使用，从能源到结构 N：限制资源，耗能，节约使用 矿质元素：组织含量约10%，大部分生境无限制 有毒有害物质：吸收、存留、降解 植物代谢策略（分析不纯粹） 扩展型 (群体扩大) 投入型 (群体扩大) 保守收支型 (个体扩大) 积累型 (个体扩大)

动物能量物质平衡 收支平衡与代谢 C：限制资源，动物体主要用来做能源， N：限制资源，但不能贮存，不停歇 矿质元素：限制资源 有毒有害物质： 结构兼用Ca N：限制资源，但不能贮存，不停歇 矿质元素：限制资源 案例：牛舔盐，猴偷盐 有毒有害物质： 物质属性：非水溶物质容易积累 案例：利用植物消除重金属-高吸收与低生物量两难

有趣的参数 各种类群的哺乳动物心脏一生的总跳动数十分接近 讨论：运动与健康？ 大型动物心跳慢因而寿命长，如象和人 小型动物心跳快因而寿命短，如鼠 讨论：运动与健康？

生物体中的信息流 通讯领域用术语 接收信息 植物感应 动物感觉 体内传递 激素 神经 发出信息

人类是一个多态复合种 人属（Homo) 智人（Homo sapiens)是同一个生物学种，遍布全球各大陆——分布最广的大型动物 种内分异十分明显，难以区分 早期根据形态特征划分种族：肤色、毛发颜色和形状、鼻形状、眼形态特征及眼色 50年代以后多用血型特征来区分种族 3种族, 4种族, 5种族

主要人种类型 最原始的人种群体 黑人——与原始人相加约占16％ 黄种人——约占41％，差异最小 白人——约占43％，差异最大 这个问题确实很难回答，一个原因在于，“人种”从未严格定义过，把某人划入某个人种所依据的习惯上的标准，在世界不同的地方是不同的。例如某人在美国被划入“黑人”，在巴西则可能被认为是“白人”，在南非则可能被归入“有色人种”（既非“黑人”又非“白人”）。 人种不能因为遗传上非常小的差异程度被定义为不同的。不过，我们可以利用遗传资讯，划分出不同的人群，这具有重要的医学意义 人种区分的意义何在？

人类的种族 3种族，4种族 美洲人（美洲印第安人） 欧洲人 亚洲人 非洲人

人类的种族 5种族 白种人（高加索人） 黄种人（蒙古人） 黑种人（埃塞俄比亚人） 红种人（美洲印第安人） 棕种人（马来人）

最原始的人种群体 混合人群，特征分化不明显 澳洲土著 巴布亚新几内亚人 美拉尼西亚人 所罗门群岛 菲律宾 太平洋诸岛屿

黑人 主要体质特征——肤色黝黑,卷缩发，鼻宽、鼻根低或平，鼻突出度小,凸唇、口宽度大,唇厚；鼻指数大,鼻尖点指数小或中等，鼻根高宽指数小或中等，显著的齿槽突颌。 班图黑人 苏丹黑人 埃塞俄比亚混合人种 俾格米人——浅黄，矮小 科伊桑人——肥臀 美洲黑人

白人 主要体质特征——柔软的直发或浓发，发达的体毛和胡须，褐、灰或蓝色的眼睛，高鼻梁，唇不向前突，口宽度小，唇薄；肤色差别大，欧洲的肤色很浅,而北非埃塞俄比亚人种,近东阿拉伯人种和南亚北印度人种肤色相当深 原始人群 罗马人——意、法、瓦隆人、西和葡等 斯拉夫人——俄、乌、波、捷、塞等 日尔曼人——德、奥、荷、佛拉芒、 英、北欧等 阿伊努人

罗马人

日尔曼人

黄种人 美洲印第安人——面部不象亚洲蒙古人种扁，鼻子突出度也稍大 主要体质特征——肤色在所有人种中居中，头发直而硬，体毛和胡须少，鼻宽度中等，鼻梁较低,脸平扁，唇厚适中,眼睑多有内眦褶;眼眶较高，面骨平扁，颧骨突出。上门齿舌面的铲形结构也是黄种人的显著特征之一。 爱斯基摩人 蒙古人——几个亚类 中国人 美洲印第安人——面部不象亚洲蒙古人种扁，鼻子突出度也稍大

人类的结构和生理特征 具有脊椎动物某些原始的形态特征 躯体结构保留着树栖方式的适应特征 体毛退化，直立，躯体结构改变 独特的性行为和性生理 可以推测是从树基部演化而来 躯体结构保留着树栖方式的适应特征 体毛退化，直立，躯体结构改变 独特的性行为和性生理 社会的粘合剂，横向关系的加强 幼态持续

幼态持续 猿类的幼体与人类更相象 人类发育迟缓，骨骼钙化晚 人类性成熟晚，幼年期长，寿命也长 优越性：学习 幼儿期+儿童期+青年期占个体寿命的1/4到1/3 优越性：学习 知识点：本能与学习（后面讲）

人类的生物学进化 躯体的改变——肢骨、趾（指）骨与跗骨、骨盆、腿、颅骨、臼齿、S形的脊椎 躯体进化改变带给人类的利与弊 脑量的增长 利——头部感官前移集中于面部；声带的发展；性信号从气味转为视觉；适应优势：脑、手、语言、行为、情感及社会组织 弊——脊椎承重过大、下肢因承重过大、内脏下垂、骨盆下部开口变小人头大易难产、牙齿排列过于紧密 脑量的增长 人体美的进化 复习：美的生物学意义？

心智 什么是意识? 意识为什么出现?功能？ 脑扩大化——主要的新动物群的起源，通常都伴随着脑相对大小的一次飞跃 古老哺乳类>爬行:4~5倍; 灵长类>哺乳:2倍 猿>灵长类平均2倍 人>猿平均3倍 脑的整个结构也发生了变化——额叶，顶叶，颞叶和枕叶

进化系列中智能的增强 镜子试验 设计巧妙的欺骗行为 死亡意识 内省意识世界 思维能力、逻辑推理

语言起源 语和言 动物口语的连续性——人有50种音素，猿约12种 人类平均具有10万个单词的词汇量 语言出现的两种观点： 是脑量增加的结果 是脑量增加的原因 智人脑量与语言之间有关：孰因孰果？

生物体的行为 行为有趣，但难以研究——简单分类 本能行为 趋性和向性 复杂的本能行为 学习行为 简单的学习行为 复杂的学习行为

行为美 同类个体间——友谊与合作 雌雄关系——共同生活时间 亲子关系——育幼时间 社会关系 人类的行为

“艺术美” 鸟类布置新房的行为 求偶过程中的仪式化活动 游戏与快感和美 神秘的“雨舞”

美——生命的终极目标 冗余 多样化 进化中的“目的性” 纵向进化系列中美的趋势 横向进化系列中美的趋势