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第7章 生物对环境的适应和影响(4)

研究物种生存的核心问题是物种的生态位,生态位是生物生存的整个环境及生活方式的多维描述。按照适应的概念,进化被描述为生物对生态位的适应过程,也即生态位在物种适合它之前就已存在,通过新物种的进化来填充。事实上生物并非是被动地感知环境,它们能创造和锁定它们所居住的环境。同时,按照这个理论,生物若占有了其生态位,那么,生物已是适应了这个环境而不需改变。其实现存物种的环境是经常衰败的或变化的。从这个角度出发,物种在长期的适应过程中,自然选择的本质不是提高物种的生存机会,而是简单地使物种“跟踪”或跟上经常变化的环境。

(4)环境的剧烈变化,生物能适应吗

随着人类工业化的高速发展,技术的不断更新,在地球上已经没有尚未出现人类足迹的地方,人类的干扰、大气污染形成的酸雨、臭氧层的破坏、生境的破碎及退化、生态系统的失调等一切改变着生物的现存空间,在生物圈中的生物有一部分来不及适应或根本无法适应新的环境,将随着环境的剧烈变化而将永远消失。从地球上物种灭绝的情况来看,生物进化史中曾出现过6次物种大灭绝事件(Sepkoski等,1986),对灭绝的原因提出了许多假说,试图加以解释,虽然这些假说至今没有一个经过了严格的论证,但有一条是肯定的,即物种灭绝是由于物种未能适应当时环境的结果。目前生物多样性受到普遍关注,这是由于人们感到对生物多样性的威胁是前所未有的,特点表现在众多物种在如此短的时间遭受灭绝。如果这一趋势继续下去,那么我们面临的灭绝规模不亚于历史上任何一次物种大灭绝。人们意识到这次灭绝必然会危及人类自身。为了保护生物多样性,大量的物种在人工措施下饲养或栽培,它们在人类的悉心的管理下尚能成长发育,一旦置于野生的自然环境,则根本无法适应或很难适应,变成了脆弱的物种。因此有人预言未来的野生生物将在人类的集约管理下生存,这是一个可怕预言。一些种类(如鼠类、蟑螂等)适应了人类改变或创造的环境而大量地繁殖起来形成灾害。

植物的防御种种

植物在长期与自然环境的斗争中,形成了保证物种生存的各种各样的防御办法。

一、利用毒素防御

植物能产生多种有毒化合物,如生物碱、葡萄糖甙、树脂类物质和有机酸等。这些毒素是植物最有效的防御武器。当植物在被触摸或吃掉时,这些毒素便发挥有效的作用。如常春藤分泌生物碱,使人和动物起皮疹。高梁、箭草和某些野生植物分泌氢氰酸使人和动物在大量吞食后中毒。还有些植物如荞麦、金丝桃等分泌出“光敏毒素”这种有害物质,它使人和动物对光极度敏感。一旦动物误食含有这种毒素的植物后,在遮阴处没有什么反应,但在强烈的阳光下,立即发生多种症状,甚至造成死亡。有些植物如毒草、野紫菀等本身不制造毒素,而是直接从土壤中吸收硒等有毒元素,使动物引起“急性硒中毒”。有趣的是,含有毒素的植物并不是各个部分都有毒,大部分毒素集中在植物最易受袭击的部位,如叶、花、果。

二、利用分泌物防御

某些植物如报春花、虎耳草等从组织中分泌出很粘的分泌物散布在植物的表面,以捕捉那些爬上来的昆虫,这是一种十分普遍的有效防御。这种分泌物可能产生于表面成形特殊的分泌腺和毛茸。这种分泌物对本身的保护不仅仅是花,而且也扩展到整个簇叶上。还有植物如凤生花属植物,从叶基部托叶上发育出的特殊分泌腺分泌出一种能吸引昆虫爬上茎的“甜流”,昆虫遇到这种甜物质就停止前进,从而使花蜜安然无恙。

三、利用难闻的气味和味道防御

某些植物如木贼的茎、杜鹃花的叶等积存了大量的二氧化硅,使动物吃后不易消化。还有些植物如胡椒、辣椒的叶子等,含有多种不可口或刺激性物质,或酸或苦,大多数动物尝过以后就不再问津了。由于多数草食动物不喜欢叶面上有水珠和露水的植物,有些植物发展了一种保持由露水形成的水珠时间比其他植物更长的能力。如川续断科和菊科植物,从而达到保护自身的目的。

四、利用针、刺和荆棘等特殊结构防御

某些植物如仙人掌、小蘖等,叶变成刺,皂类、枳等枝变成刺,一方面植物利用这些刺保护自己,另一方面可以减少水分的蒸发。

某些植物如荨麻把针和毒这两种防御武器相结合,从而产生更有效的保护作用。它的倒刺几乎起皮下注射器的作用,即能戳入侵害它们的动物的皮肤,同时毛刺从叶子上脱落下来,牢牢地扎在皮肤上,并把使人不舒服的毒素注入皮肤中,引起皮肤严重的炎症。

针、刺、荆棘像植物的毒素一样,都是策略性地分布在植物体上,以叶、花、果上最多。它们排列在动物取食时首当其冲的位置上。这些保护结构的分布与大小,取决于最可能侵害植物的动物种类及最易受害的植物部位。如浮在水面上的王莲的大叶子仅仅在下表面和边上有保护结构,因为这些部位最易受害。松树的针叶,芦荟的针状、窄长、坚硬和带尖的叶子、刺草的锯齿状叶缘,能刺伤动物的嘴和内脏器官,所以动物并不伤害它们。

五、利用巨大的数量防御

有些植物如禾本科植物完全没有防御能力,但由于它们生长快、繁殖茂盛,才很少遭受牛、羊、马等草食动物彻底毁灭性的危害。

有些植物还利用拟态、共生等方式保护自己。

浅谈适应

适应是生物适合环境条件而形成的一定特征和性状的现象。它包括两重意义:一是指过程,即生物不断改变自己,使其能适合于某一环境中生活的过程。例如肺鱼的鳔在缺少水的时候进行呼吸,摄取氧气以维持生命。二是指结果,即有利于生物生存和繁殖的种种特征。例如植物的叶适应于光合作用;鱼的鳃适应于水中呼吸作用。

适应的现代观念认为:外部世界提出某些“问题”,生物就必须“去解决”,生物通过对“问题”的解决过程作出越来越好的“回答”,最后处于适应状态。爬行类演化成鸟类就是一个很好的例证。在演化的过程中,骨胳、肌肉、皮肤、翅膀、羽毛等越来越变得更适应于鸟类的生活。

生物适应于自然环境,具有普遍性。生物只有适应于其所处的环境,才能够在这个环境中很好地生存下来。各种植物花的形态、构造都有利于其后代的繁衍。虫媒花的构造、颜色、花蜜、香气等特征极易吸引昆虫为之传粉受精、风媒花花粉粒小而轻且数量大,这些特征与风的传粉相协调;蒲公英的种子上生有毛绒绒的白色纤维,适于被风吹走;苍耳和鬼针草等植物的种子依靠动物来传播,种子、果实上有刺,很容易附着在动物身上;凤仙花种子成熟后,被风一吹,立即裂开,里面的种子便被弹射出来。

1844年,邦尼艾(G·Bonnier)做了一个实验,将生长在同一个地方的菊芋一部分放在平原上生长,一部分放在海拔2400米的植物园里。经过数代后,在植物园里的菊芋发生了巨大的变化,其形态、结构、生理机能变得更适应于高原生活了。

在动物方面,保护色、警戒色及拟态等现象都是动物对其周围环境的适应。枭蝴蝶身上斑点的颜色和形状与猫头鹰的眼睛十分相似,当它突然展开翅下的斑点时,可即刻恐吓并赶走捕食者;竹节虫,整天不动,犹如枯枝败叶,如震动枝条,竹节虫便跌落在地,仍然僵直不动,活像一段枯枝;蛇、鸟等动物在地震前都自行逃走;蝙蝠的翼手适于飞翔;鲸、海豹、企鹅的某些器官适于划水等等。

总之,适应是普遍存在的生命现象,各种生物,无论是形态、结构,生理机能以及行为习惯,无一例外。

适应是自然选择的结果,生物的变异有的有利于生存,有的不利于生物的生存。那些有利于生物生存的变异类型适应自然环境而留下来;那些不利于生物生存的变异类型由于不适应自然环境而遭淘汰。所以,适应是自然选择的必然产物。

适应现象尽管很巧妙,很合理,但适应是相对的,而不是绝对的、尽善尽美的。适应是针对一定的条件说的,如果条件发生了改变,那么,生物的适应就失去了作用。警戒色是相当巧妙的适应现象,大多数食虫鸟怕吃毛虫,但是一只杜鹃在一天中却可以吃掉上百条毛虫。蛾类结茧固然有利于保护自身,然而棉铃虫的悲剧又恰恰就在茧上,金小蜂正是借助于茧对棉铃虫的束缚作用,顺利地将卵产到它的体内,这也可以说是“作茧自缚”了;鹰可以在很高的地方发现草丛中活动的老鼠,人的眼睛则不行。相反,人的眼睛可以辨别多种颜色,鸟类的眼睛则不行。

适应是一种暂时的现象,它不是永久性的,当某些因素变化时,有的还成为一种有害的特征,导致生物死亡。雷鸟和貂都借助于保护色而常常免遭敌害。但是一旦这些动物的颜色已经变了,而气候异常没有下雪,它们的颜色变更,不仅没有益处,反而更容易被敌害所发现。著名的尺蛾工业黑化现象也是一个很好的例子。

适应相对性究其原因是由于遗传基础例如基因等的稳定性和自然环境条件的变化相互作用的结果。环境发生了剧烈变化,适应于原来环境的生物绝大多数要被淘汰,但其中的一些生物由于遗传物质发生了变异,能够在新的环境中生活下来,适应于变化的环境。例如在一个生长着细菌的培养器中,加入青霉素,绝大多数细菌不适应而被杀死,但总有一些发生变异的个体,抗药性增强而适应于新的环境生存下来。

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