1、第二章 生物與環境的關係,2-1 內在環境,2-1-1恆定性(Homeostasis) 2-1-2生理律動(Physiological Rhythm) 2-1-3生命週期(Life Cycle) 2-1-4心理狀態(Psychological Condition),2-1-1 恆定性(Homeostasis),維持細胞的生理恆定是每個生物必須共同面對的問題，例如滲透壓恆定、電解質平衡、酸鹼質恆定等。 整體生理的恆定也要隨時調節。例如變溫動物，它們會用行為來保持體溫的橫定。 恆溫動物其血壓心跳也都保持在一個固定的範圍內。,2-1-2 生理律動 (Physiological Rhythm),1.睡
2、眠律動 2.饑餓律動 3.發情律動,1.睡眠律動,主要與日夜變化有關，晝行性動物日出夜伏，夜行性動物則正好相反。 有些植物如睡蓮和紫花酢醬草等，它們的花瓣或葉片也會在一天當中出現規律性的睡眠運動。,2.饑餓律動,動物的飢餓律動和它的活動習性有關。 覓食活動也是有週期性。 甚至有些哺乳類喝水時間都固定不變。,3.發情律動,許多植物都在固定的季節開花，大部分的動物也都有固定的發情、交配週期，這就是生物的發情律動。 像雪貂，麻雀，它們需要長日照來刺激生殖腺成熟，所以在夏季時發情交配；而北美洲鮭魚正好相反，它們是在秋天日照變短才表現出發情或產卵的行為。,2-1-3 生命週期(Life Cycle),整
3、個生命過程也是一種週期性的律動，生物從出生、成長、生育、衰老到死亡，每一個階段都有它特殊的行為及生理特質。 要探索一個生物的外在型態，先去瞭解它處於生命週期中的哪一個階段也是有其必要的。,2-1-4 心理狀態 (Psychological Condition),一般認為，植物沒有所謂的心理狀態，而動物的心理狀態又限於不能與人類進行有效的溝通所以瞭解有限，不過，心理狀態會影響生物的外在表現已逐漸被證實。,2-2 外在環境之一：非生物性環境 (Abiotic Environment),2-2-1媒質(Medium) 2-2-2基底(Substratum) 2-2-3日光(Sunlight) 2-2
4、-4水分(Water) 2-2-5氣候(Climate),2-2-1 媒質(Medium),媒質的主要功能，是做為生物體與外界聯繫的介質，相對的也把生物體的代謝廢物帶走。 水對魚而言就是牠的媒質；人類及陸生性生物，他們的媒質就是空氣；瘧疾原蟲及血吸蟲，它們的媒質就是血液。 媒質除了扮演物質交換的橋樑外，也對生物體形的體型大小和生殖方式有所影響。,2-2-2 基底(Substratum),一個可以提供生物棲息或活動的物體表面稱為基底，它可以是陸地的表面，也可以是水的表面，但是有些特殊的生物則可能以樹木或金屬的表面當作基底。 生物為了適應基底的特性，在運動器官的構造與功能上也會深受影響。 大部分生
5、物需要基底是不容置疑的，但也有少數例外，如小型浮游生物及洄游性的魚類。,2-2-3 日光(Sunlight),日光是所有生物最原始的能量來源，被綠色植物的光合作用轉變成化學能儲存在葡萄糖或其他碳水化合物分子裡面。此後，生物透過消化作用、呼吸作用、食物鏈等種種機制，讓能量在生態系中順暢的流動。 日光對植物的影響比對動物更直接而明顯，其中最容易看到的是向光性(Phototropism)。,2-2-3 日光(Sunlight),日光對的萌芽與開花也有直接關係，光會活化種子內的光敏素(Photochrome)促使種子萌芽。 短日照植物大都在夏末秋初開花；長日照植物的開花時間，則是在日照由短變長的春夏之
6、間。,2-2-3 日光(Sunlight),日光影響動物的生理和行為。 在生理上，光可做為變溫動物和部分恆溫動物的熱能來源，陽光會促使動物體本身自行合成維生素D。 光對動物行為的影響，可以有晝行性動物和夜行性動物的區分。,2-2-4 水分(Water),從生理學的角度來看，水是新陳代謝所必須得重要溶劑。 在組織成分上，水佔有絕大部分的比例。 如何獲得足夠的水分，或是得到水分後如何妥善保存和運用，都是生物必須隨時面對的挑戰。,2-2-5 氣候(Climate),1.日光(Sunlight):因為緯度與地軸偏斜的關係，不同的地區會出現不同的日夜週期及季節變化。 2.氣溫(Atmospheric T
7、emperature):生物對溫度的耐受性是有限度的，如果溫度過高有些動物會引發熱昏迷，溫度過低時，則造成凍傷的危險。,2-2-5 氣候(Climate),三.氣壓(Barometric Pressure):氣壓指的是大氣中的物體表面所承受的大氣壓力，高山上氣壓相對較低，而溫度的差異也會造成氣壓的變化。,2-2-5 氣候(Climate),四.風(Wind):風的速度與方向有各種變化，對生物也有顯著的影響，長時間的定向風會讓植物型態發生改變，速度及快且有旋轉性的氣流也常對生物造成毀滅性的結果。風在生態上又是絕對必要，的因為像水循環、碳循環、氮循環等都必須借助風的作用來完成。,2-2-5 氣候(
8、Climate),五.濕度(Humidity):濕度指的是一定體積的空氣中，所含水蒸氣總量。濕度對生物也有影響，如果空氣的濕度降低，生物體表的水分蒸散作用就會較強，因此生物必須加強吸收水分以維持體內的水平衡，但溼度太高，對植物也可能有所傷害。,2-2-5 氣候(Climate),六.降水(Precipitation)降落在一個地區內的總水量稱為降水量，降水量在1000mm以上的地區會形成森林群落；降水量在500250mm者會形成草原群落；但若低於250mm的地區則是沙漠群落。,2-2-6 營養因子(Nutritional Factors),生物必須從環境中攝取營養以維持生命，而依其取得營養物質
9、的方式，可分成自營性(autotrophic )與異營性(heterotrophic)兩大類。在生態系的運行機制中，營養因子是在動物、植物、微生物、土壤和水中循環不息的。,2-2-7環境週期(Environmental Cycle),因為地球自轉，公轉的運行，以及和月球、太陽的相關位置改變，會造成非生物性環境表現出週期性變化，這叫做環境週期。環境週期不僅會影響生物成長、繁殖等生理活動，也會影響動物的行為表現，至於環境週期又可具體區分為日週期，月週期，季節週期，潮汐週期等四種。,外在環境之二: 生物性環境(Biotic Environment),生態系中生物與生物之間的一切互動關係 2-3-1競
10、爭(Competition) 2-3-2合作(Cooperation) 2-3-3片利共生(Commensalism) 2-3-4互利共生(Mutualism) 2-3-5寄生(Parasitism) 2-3-6抗生(Antibiosis) 2-3-7剝削(Exploitation) 2-3-8捕食(Predation) 2-3-9人為關係(Man-made Relationship),2-3-1 競爭(Competition),生物或物種之間，因為環境的需求部分或全部相同時，是為競爭。 斑馬和蹬羚，牠們要競爭食物、空間和水源；稻田裡的農作物和雜草，要競爭陽光、空氣、水分和營養。,2-3-2
11、合作(Cooperation),合作指的是兩生物生活在一起時雙方都互蒙其利，但如果分開，雙方也都可以正常生存。 像椋鳥啄食牛、羊、鹿皮膚上的寄蟲。 蜜蜂採食花蜜但也傳粉等都是。,2-3-3片利共生(Commensalism),兩生物在一起共同生活，其中一方因此獲利，而另一方並無利害影響，而且雙方沒有絕對性的依附關係。 鷺鷥喜歡棲息在水牛附近，因為可以方便吃到被水牛驚嚇飛起的昆蟲。 印魚會用它特化的吸盤，吸附在大型魚類身上像撘便車般移動。 附生:許多蘭科植物或蕨類、爬藤類都依附在大樹的樹幹上以爭取更多陽光，但不在大樹體內吸收營養，這就是附生型片利共生。,2-3-4 互利共生(Mutualism)
12、,兩生物共同生活，甚至是兩個個體緊密一附在一起使雙方同時受益，且這種依存關係一旦被分開，兩者都有損失甚至不能繼續生存。 像豆科植物和根瘤菌、鞭毛蟲和白蟻、藍綠藻和真菌共生形成地衣、珊瑚蟲與共生藻等均是。,2-3-5 寄生(Parasitism),寄生是一種一方受益但另一方被害的生物性關係。 1.體內寄生 2.體外寄生 3.單寄主寄生 4.多寄主寄生 5.終生寄生 6.暫時寄生 7.種間寄生 8.同種寄生 9.擬寄生,1.體內寄生,寄生物潛入寄主消化道或組織、體液之間從中攝取生活所需，像蛔蟲與人類。,2.體外寄生,附著在寄主體表謀取生存利益的寄生型態叫體外寄生。 如鳥蝨寄生在鳥類羽毛間；狗蚤隱匿
13、再皮毛上吸食寄主的血液；真菌寄生在人類皮膚上形成癬及香港腳等,3.單寄主寄生,寄生物僅需一個寄主便能完成整個生命過程的寄生方式。 野菰它會將根紮入五節芒或甘蔗等幾種禾本科植物篩管吸收營養，終生不更換寄主。,4.多寄主寄生,指寄生物會在不同的寄主間遷移，像狗蚤會在不同的狗之間傳播。 另一種是寄生物必須在固定的兩種或兩種以上的寄主完成生命週期，像血吸蟲先寄生在淡水螺再寄生在人體；瘧疾原蟲第一寄主是瘧蚊、第二寄主是人類等。,5.終生寄生,寄生物一生當中，除了世代交替或遷移階段暫時離開寄主外，其他時間都與寄主共存的情況是為終生寄生。 像噬菌體寄生在特定的細菌完成複製繁殖過程。,6.暫時寄生,寄生物只有
14、短暫的時間和寄主發生關係，大部分時間仍獨立活動的是為暫時寄生。 像蚊子、螞蝗只是短暫的停留再寄主體表吸食體液。,7.種間寄生,指寄主與寄生物在分類學上不屬於同種生物的寄生關係,8.同種寄生,同種生物的不同個體發生寄生關係，如鮟鱇魚的雌雄寄生關係。,9.擬寄生,寄生物在寄主身上完成它生命週期的某一階段，即使犧牲寄主也在所不惜，這種會導致寄主死亡的寄生方式叫擬寄生(parasitoids)，是介於寄生與捕食之間的一種特殊型態。 像寄生蜂把卵產在蜘蛛或其他昆蟲體內，還有一種叫冬蟲夏草的中藥都是擬寄生的實例。,2-3-6抗生(Antibiosis),指兩生物之間，一方分泌有毒物質抑制或毒害另一方的情況
15、，最常見的抗生關係發生在真菌和細菌之間，例如青黴菌可分泌青黴素使它附近的許多細菌受到抑制而無法生長。 某些單細胞藻類也會分泌抗生素毒害環境中的競爭者，像部分海洋渦鞭毛藻就是，這種藻類大量繁殖時會使海水變成深紅色，所以有赤潮(red tide)之稱。,2-3-7 剝削(Exploitation),某一生物從另一生物奪取生存所需是為剝削，如杜鵑鳥的托卵行為。,2-3-8捕食(Predation),某生物捕捉另一生物來當做食物是為捕食關係，加害者這一方稱為掠食者(predator) ，受害者一方則稱為犧牲者(prey)或獵物，像鳥類補實昆蟲獅子捕食斑馬或瞪羚。,2-3-9人為關係 (Man-made
16、 Relationship),因為人類的特殊作為所引起的生物與生物間的關係叫人為關係。 把獅子和老虎關在一起，甚至生下獅虎來。 馬跟驢交配生下騾子。,2-4 環境對生物的限制,生態系中凡是會對生物的生長、繁殖、分布產生抑制作用的因素，都稱之為限制因子(limiting factor)。 環境中的限制性因素則可分為八項:1.日光 2.水 3.氧氣 4.溫度5.PH值 6.空間 7.微量元素 8.天災人禍,2-4-1 日光,日光是生物最原始的能量來源，也是光合作用的原動力，因此在沒有光的地方就不會有綠色植物分布。,2-4-2 水,對生物生長和分布有明顯的限制。,2-4-3 氧氣,高山上氧氣稀薄，除
17、非在生理上有些特殊的適應，否則一般生物不易存活。 在一靜止或污染嚴重的水體中，由於溶氧甚低或根本缺氧，生物就不可能在其中存活。,2-4-4 溫度,生物能夠維持正常生活的最低溫度稱為最低有效溫度，相對的，能夠維持正常生活的最高溫度成為最高有效溫度。,2-4-5 PH值,生物對酸鹼度的適應和對溫度一樣，有各自適合的範圍。 PH值大於9.0或小於3.0的土壤，植物大多不能存活。,2-4-6 空間,生存空間是否足夠，也是限制生物族群是否能夠繼續增殖的因素，甚至有些生物族群在密度提高後，會因為疾病率和死亡率的提高而限制了數量的增加。 某些魚類如果生活在過擁擠的池塘中，牠們會自行分泌某種物質來抑制卵的孵化
18、。,2-4-7 微量元素,生物的營養需求，除了碳、氮的供應要不虞匱乏外，某些礦物質、維生素雖然所需不多，卻扮演著限制因子的角色。,2-4-8 天災人禍,惡劣的自然現象，像洪水、乾旱、暴風、地震等往往導致生態環境嚴重破壞，一但棲息地被改變或摧毀之後，生物便不得不遷徙甚至造成死亡。,2-5 生物對環境的耐受性,環境固然會對生物產生限制，但生物也有對抗環境的能力，這就是所謂耐受性。 生物彼此之間為何會有耐受性的差異，則是受下列四種因素影響。 2-5-1品種的差異 2-5-2生命週期的差異 2-5-3習慣性的差異 2-5-4有無限制因子共同作用,2-5-1 品種的差異,不同種的生物，在生理、形態、構造
19、、行為都有極大歧異性、所以對環境刺激所表現得適應情況自然有所差異。,2-5-2 生命週期的差異,在不同生命階段也會表現出不同的耐受性，這是形態、代謝率與活動量都不相同的結果。,2-5-3 習慣性的差異,同種生物的不同個體，會因為是否習慣某種刺激而表現出耐受性的差異。,2-5-4 有無限制因子共同作用,生物對某一單項限制因子的耐受性即使很高，但若有兩三個限制因子同時出現時，生物可能很快被擊垮。,2-6 生物對環境得適應,生物能夠以期耐受性回應環境的刺激，從演化的觀點來看，這是經由遺傳與競爭等機制，長時間與環境互動的結果。 2-6-1形態的適應 2-6-2生理的適應 2-6-3行為的適應,2-6-
20、1 形態的適應,生物可以改變自身的形態來因應環境的刺激，像洄游性的魚類或哺乳類，牠們的體形會趨於流線型以適應水的阻力；底棲性魚類和甲殼類則趨向扁平以利避敵，陸地上動物則大都以四肢來行走，這些都是形態適應的共同現象。,2-6-1 形態的適應,研究生物如何改變形態來因應溫度變化的學者，提出兩條生態學上著名的定律來說明生物的共同適應趨向。 阿倫定律(Allens rule)內容是說:同一種類的哺乳動物，生活在寒帶者，其四肢、耳鼻、尾巴等身體末端會短於生活在熱帶者。 勃格曼定律(Berbmanns rule)指出寒帶的恆溫動物，其體形會大於熱帶的相關種類 。,2-6-2 生理的適應,1.缺水的適應:動
21、物細胞代謝蛋白質後，會產生一種有毒的含氮廢物-氨(NH3) ，而為免細胞因此中毒，一定要迅速將它排出體外，對淡水魚而言，因為它不虞缺乏水分，所以直接把氨溶再大量的水中變成稀尿液排出，但陸生哺乳類因為水分取得叫困難，不能為了排氨而浪費太多水分，所以先把氨在肝臟轉變成毒性較低的尿素後，再溶解到少量的尿液裡排除，而取得水分更困難的鳥類和昆蟲，它們更進一步把氨轉化濃縮成毒性輕微的固態尿酸後與糞便一起排出體外。,2-6-2 生理的適應,2.缺氧的適應:體內運送氧氣的功能主要由循環系統和血紅素來擔任。一個居住在低海拔地區的人，如果在短時間內爬到1500公尺以上的高山上，那他的呼吸和心跳速率都會因為氧氣稀薄
22、而加速，甚至出現暈眩、休克等所謂的高山症反應。不過若在山區定居下來一段時間後，體內會自行調整高紅血球數量及血紅素濃度來克服缺氧的問題。所以像棲息在高原的犛牛，牠們體內的血紅素濃度，就比平地相近品種高出許多。,2-6-2 生理的適應,3.高低溫的適應: 某些動物對不適宜的溫度，會以改變代謝速率來適應。像蜂鳥、青蛙、蛇等，它們在冬天低溫時會降低循環速率，僅讓血液在心臟和腦間循環，進入真正的冬眠狀態；而相對於冬眠的是夏眠(estivation) ，例如非洲有一種肺魚，牠在夏季高溫又缺水的時候，會鑽到地下去呈熟睡狀態達數個月甚至數年之久，等雨季來臨時他才會甦醒過來。,2-6-2 生理的適應,4.缺乏食
23、物的適應蠶卵在春雷響時孵化，夏季時成長交配，入秋前後蠶蛾就已產卵而死亡，只留下受精卵等待來年重新開始另一個生命循環。因為春夏間桑葉正是最茂盛的時候，所以適合成長繁殖；而冬天食物缺乏，正好以卵的形態來度過危機。,2-6-2 生理的適應,5.水中生產的適應生活在陸地的哺乳類，牠們生產幼獸時都是頭先離開產道，身體和四肢在接著出來；但海洋中的哺乳類像鯨魚、海豚等，牠們的生產方式正好相反。因為海生哺乳類是用肺呼吸，為了不讓下一代再出生時面臨溺斃的危險，所以在生理上演化出這樣的適應方式。,2-6-3 行為的適應,有些生物會以某些特殊行為來應付危險或不良環境。 生物為了適應環境變化所表現出來的遷徙行為，如灰面鷲、青斑蝶等。,
