那么, 不妨照此推衍下去: 三叶草 是英国牛群的主要食物, 而英国海军的主要食品是牛 肉罐头, 于是三叶草在生态学上与 英国海军大有关联; 这样看来, 英 国之所 以能够 拥有一支 强大 的海军, 从而 成为世界 军事强国, 最终应 该归功于 猫。著名生 物学家赫胥黎更进一步幽默 地说: 人 所共知, 英国的猫是老姑 娘们喂养的, 所以英国能够称霸四海, 无论从逻辑上, 还是从生 态学角度上来看, 归根结底, 都应 归功于 英国那 些爱猫的 老姑 娘。
例如, 松籽歉收, 这就预示着松鼠 数量的减少, 以松鼠为食 的貂、鼬等动物的数量也会随之减少。在草原上, 当羊多时, 草 就相对 少了; 草少了反 过来又会使 羊减少。因此, 从草 的多少 可以得到羊的饲料是否丰富 , 以及羊群数量变化趋势的信息。
达尔文发现, 在 英国, 三 叶草 传粉 要依 靠丸 花 蜂, 由此 推 断, 三叶草的繁茂是由于英国 丸花蜂 多, 而丸花 蜂比其他 地方 多的原因, 是因为那里喜食蜂 房和蜂 子幼虫 的田鼠 特别少, 而 那里田鼠少的原因, 是因为村镇中有许多猫。
达尔文的 猫与三叶草 的 故事, 加上 这一番 演义 , 当然 是言过 其实, 诙谐有趣。但 就某种意 义上来说, 这个故 事却显 示出营养信息的传递情况。 3 4 行为信息
行为信息是指某些动 物通过 特殊的 行为方 式向同种 的其 他个体或其 他生 物发 出的 信息。 在这 些信 息中, 有 的表 示威 胁、挑战, 有的向对方 炫耀自己 的优势, 有的表示 从属, 有的则 为了配对, 还有则是欺骗, 等等。
例如, 蜜蜂发现蜜源时, 就用舞蹈 动作来表示, 以 告诉 其 他蜜蜂 花源的方 向、距 离。蜜蜂中主 要的舞蹈有 两种: 一种是 圆圈舞, 圆圈舞是采集了花蜜的蜜蜂向同伴传达在蜂箱近距离 内采蜜的信号; 一种是摆尾舞, 摆 尾舞是 招呼同 伴到百米 以外 去采蜜的信号。其摆尾速度与 蜜源距 离有 关。地行鸟 鸟是 草原 中的一种 鸟, 当 发现敌情 时, 雄 鸟就会急速 起飞, 扇动两翼, 给 在孵卵的雌鸟发出逃避 的信息。 有些鸟 通过飞 行姿势和 跳舞 动作来 传递求偶 信息。豪猪遭 遇敌害时, 将其体 刺竖直, 形成 可怕的姿态, 从而赶跑敌人。
85
中学生物教学
资料卡片
2004. 7~ 8
3 2 化学信息 生态系统的各个层次 都有生 物代谢 产生的 化学物 质参与
信息传递, 这种传递信息 的化学 物质通 称为化 学信息。如 酶、 维生素、生长 素、抗 生素、性外激素, 甚至尿 和粪便等都 属于传 递信息的化学物质。化学 信息深 深地影 响着生 物种间 和种内 的关系。有的相互制约, 有的相互促进, 有 的相互吸引, 有的相 互排斥。化学信息在生态系统中 广泛存在, 对它的研究近几年 发展迅速, 并逐步形成一个分支学科 ∀ ∀∀ 化学生态学。
2004. 7~ 8
资料卡片
中学生物教学Biblioteka 生态系统信息传递的形式及实例
浙江省金华市第六中学( 321000) 钱树人
生态系统的信息传 递是生 态系统 的基本 功能之 一。在生 态系统中, 物质循环是生态系 统的基 础, 能量流 动是生 态系统 的动力, 信息传 递则 决定 着 能量 流动 和物 质循 环的 方向 和状 态。在生 态系统中, 种群 和种群之间、种群 内部个体和 个体之 间, 甚至生物和环境之间都有信息传递。 1 生态系统的信息
信息( information) 一词起 源于通讯工 程科学。1984 年, 美 国数学家香农 ( C E Shannon) 最 早从 通讯 角度 把信 息定 义为
两次不确定性之差 , 即 不确定性的减少的量 。在日常生活 中, 信息通常是指包含在 情报、消息、信号、指令、数据、图 像等 传播形式中的新的知识 内容。对 生态系统中的信息, 到目前为 止还没有一个统一的定 义。有学 者认为, 生态系统中的信息是 指生态系统中物质和能 量在时 空上分 布的不 均匀性。 还有学 者认为, 生态系统中的信息是实现世界物质客体间相互联系的 形式。 2 生态系统的信息传递
参考文献 1 苏智先, 王 仁卿. 生 态学 概论 ( 修订 版) . 北 京: 高等 教 育 出版 社,
1993: 133. 2 戈峰. 现代生态学. 北京: 科学出版社, 2002: 346~ 353. 3 蔡晓明. 生态系统生态学. 北京: 科学出版社, 2001: 163~ 182. 4 李博. 生态学. 北京: 高等教育出版社, 2001: 236~ 239. 5 常杰, 葛滢. 生态学. 杭州: 浙江大学出版社, 2001: 224~ 225. 6 尚玉昌. 普通生态学( 第 2 版) . 北京: 北京大学出版社, 2002. 7 李博. 生态学. 北京: 高等教育出版社, 2000: 236~ 240.
动物的嗅觉、味觉是典型的化学信息感受过程。动物根据 味觉信息要判断食物可 吃还是 不可吃, 好吃 还是不 好吃, 从而 作出吃还是不吃、多吃还是少 吃的决 定, 而这些 对于维 持它的 生命 是至关重要 的。我们知道, 狗具 有非常发达 的嗅觉, 能够 感受空气中一些化学物 质所携带的气味信息, 这对于狗在寻找 和选择食物, 发现敌害, 躲避不良 环境的行为中起着重要作用。 3 2 1 动物与植物之间的化学信息。植物给人们的印象似乎 只能呆在那里等待被动 物吃掉, 然而, 事实并非如此, 如植物的 苦味是一个重要的化学 信息, 对许多 植食动 物来说, 可 以起到 拒食作用, 不过这种苦味对有些植食动物来说可能又是引诱的 信号。 3 2 2 动物与动物之间的化学信息。昆虫性外激素是生态系 统中广泛存 在的 一种 化学 信息。 例如, 雌 蚕蛾 释放 的性 外激 素, 可以把 3 km 以外的雄蛾 吸引过来。 虽然每 只雌蛾 所释放 的性外激素的数 量不到 0 01 mg , 但雄蛾 仍然 能够作 出反 应。 小蠹甲在发现榆、松等寄生植物后, 会释放聚集化学信息, 以召 唤同类来共同取食。棉蚜虫受到 七星瓢虫攻击时, 被捕食的蚜 虫会立即释放告警外激 素, 通 知同类 个体逃 避, 于是周 围的蚜 虫纷纷跌落。蚂蚁群体中 的侦察 蚁分泌 的追踪 外激素 能引导 同类觅食、去搬运食物等。
信息的传递( infor mation transfer ) 包括信息的发送处理、传 输处理和接收处理等过 程。生态 系统信 息传递 过程一 般包括 5 个基本环节( 如下图) 。
图1 ( 1) 信源: 即信息源( source) , 是信息的产生者。 ( 2) 发送器官: 发送器官( sender) 要把传递的消息变换成适 合于信道上传输的信号 。一般要 经过编码器的编码。 ( 3) 信道: 信道( channel) 是连 接发送 端与接收 端的信 息媒 介, 是信息的传输者。发送器官发送的信号通过信道从一个有 机体传递到另一个有机 体; 从 这一种 群传递 到另一 个种群; 从 一个群落进入另一个群 落。空气 、水域、土 壤、食物等是生态系 统中典型的信道。 ( 4) 接收器官: 接收器 官( receiver) 执 行与发 送器官 相反的 功能 , 把通过信道后的 信号接 收, 并进行 解码, 变换 成为 能够 被接收者理解的消息。 ( 5) 信宿: 信宿( recipicent of infor matio n) 是信息 的接收 者, 是信息传递的目的地。信 息传递 的目的 就是要 使接收 端获得 一个与发送端相同 的复现 消息, 包括全 部内容 和特征。然 而, 在实际中不可避免地会受到噪声( no ise) 干扰, 从而使接收信息
哺乳动物能发出很 多气味, 即使是动物的尿和粪便也包含 着许多的信息, 皮脂 腺被 广 泛认 为是 哺乳 动物 的重 要的 信息 源。 3 2 3 植物与植物之间的化学信息。在生态系统中, 生产者之 间同样发生着复杂的信息联系。为人们熟知的是植物的他感作 用( allelopathy) 。他感作用是指植物在物质代谢过程中产生的化 学物质, 对其他植物的生 长发育产生某种影响 的相互作用。植 物的他感作用有的是互利的。例如, 农民在种植庄稼时发现: 作 物中的洋葱和甜菜、马铃薯和菜豆、小麦和豌豆混种或间种能够 相互促进, 比单独种植产 量高。有 的是相互拮 抗、相互 排斥的, 这种现象常称为 异株克生现象 , 如某种黄瓜( Cucumis sativus ) 能产生一种化学物质, 可以阻止绝大多数的杂草生长, 维持其在 农田生态系统中的优势。黑核桃树下几 乎没有草本植 物, 这是 因为黑核桃树皮和果实含有氢化 胡桃酮, 这种物 质被雨水冲到 土壤里后再被氧化成胡桃酮, 从而抑制其他植 物的生长。异株 克生现象是植物控制其他植物生长的奇妙办法。 3 3 营养信息
营养信息是指通 过营养 交换所传 递的信 息。食物 链( 网 )
可以看作是一个营养信 息系统, 通过 营养交 换, 能够把营 养信 息从一个种群( 或个体) 传 到另一 个种群 ( 或个体) 。由于 食物 链中各营养级的生物要保持 一定的比例, 即符合生态金字塔规 律。因此, 生 态系统中某一 营养级生 物的数 量和质 量的变 化, 就会引起食物链中其他生物 数量和质量的变化。
和发送信息之间总是存 在差别。 噪声是 生态系 统中所有 信息 传递中的限制因素。 3 生态系统信息传递的形式及实例
生态系统信息传递 的形式 主要有 物理信息 、化 学信息、营 养信息和行为信息。 3 1 物理信息
生态系统中以物理过程 为传递形式的信息称为物理信息。 生态系统中的各种光、声、热、电、磁等都是物理 信息; 动物的视 觉、听觉、冷觉、热觉和触觉是典型的物理信息感受的过程。这 些物理信息有的表示识别, 有的表示威胁、挑战, 有的向对方炫 耀自己的优势, 有的表示从属, 有的则 为了配对等。 3 1 1 光信息。萤火虫的闪光、蝴蝶的飞舞、花朵艳丽的色彩 等都属于光信息。萤火虫 在夜晚 是依据 发光器 官所发出 的闪 光来寻找配偶的。有一种萤火虫 ( photinus py ralis) 雄萤 到处飞 来飞去, 但严 格地每 隔 5 8 s 发光 一次, 雌 萤则 停歇 在草 叶上 以发光相应答, 每次发光间隔 时间与 雄萤相 同, 但总是在 雄萤 发光 2 s 后才发光。据研究, 每一种萤 火虫的发 光频率都 不相 同, 这极好地避免了种间信号混淆和种间杂交。 3 1 2 声音 信息。人 们最熟悉的声音莫过于鸟类宛转多变的 叫声了, 鸟类和昆虫的鸣叫声 非常类 似于萤 火虫的 闪光, 都具 有物种各自的 特异性。澳大利亚蝉可 发出 800 Hz 的低频 声, 其声音强度在 80 dB 以上, 由于 雌蝉 的感 受器对 800 Hz 的低 频声最为敏感和具有最大的 指向性, 所以常常被吸引到鸣叫着 的雄蝉群体中来。 3 1 3 热信息。生活在南美洲的响尾蛇, 头部有个颊窝, 能够 感知 0 001 ! 温差的变 化; 响 尾蛇 能够 准确 地捕 食动 物, 主要 就是靠颊窝对温差的敏感性 。 3 1 4 触觉信息。有 些动 物交 配行 为的 完成 有 赖于 触觉 信 息。雄园蛛在生殖季节走近蛛网, 在网边用前足按一定的力度 和节律牵动雌蛛所结网的蛛 丝。雌蛛 立即作出反应, 也像有美 食一样冲了过来。这时, 雄蛛会暂时退到蛛网的外面。雄蛛等 到雌蛛回到网中央后, 它会又一次弹起蛛网。当雌蛛确认是雄 蛛的 求偶 信号时 , 就 会做 好交 配准备, 安 静地 等在网 的中 央。 雄蛛一面不停地拨动蛛网, 一面爬向雌蛛, 完成与雌蛛的交配。 3 1 5 磁信 息。由于 生物生活 在太阳 和地球 的磁场 内, 少不 了要受到磁力的影响。生物对磁场有 不同的感受能力, 常常被 称为是生物的第六感觉。候鸟在天空 中成群结队、南北长途往 返飞行能够准确到达目 的地, 特别是 信鸽千 里传书 而不误, 在 这些行为中, 动物就是通过感 知电磁 场的变 化, 从而确定 自己 所处方位和运动方向的。