IB 生物/群落

主题 4：生态学与进化

群落和生态系统

定义生态学、生态系统、种群、群落、物种和栖息地。

生态学 - 研究生物之间以及生物与其环境之间相互关系的学科。
生态系统 - 由生物体以及该地区非生物因素组成的系统。
种群 - 在同一时间生活在同一地区的同一物种的一组生物。
群落 - 在一个地区生活和相互作用的一组种群。
物种 - 可以交配并产生可育后代的一组生物。
栖息地 - 一个物种通常生活的环境或一个生物体的位置。

解释生物圈是如何由相互依存和相互关联的生态系统组成的。

在一个生态系统中，生物体以彼此为食。这种生物体的关系或相互作用可以是食物链或食物网的形式。食物链是线性且简单的食物关系，其中一种生物只有一种食物，并被一种生物体吃掉。然而，食物网更复杂，它包括更多种类的生物体，每种生物体都可以以多种其他生物体为食，反过来也被多种生物体吃掉。然而，这并不是构成生物圈的唯一相互作用。动物相互作用的惊人多样性，以及植物、细菌、真菌和原生生物的工作共同影响着生物圈。此外，有机循环，如水循环、动物呼吸产物（二氧化碳）在光合作用中的循环以及植物中水蒸气的蒸腾返回大气，都在发挥着重要作用。

定义自养生物（生产者）、异养生物（消费者）、碎屑动物和腐生生物（分解者）。

自养生物 - 也称为生产者，它们可以自己制造食物 - 主要生产者是光合作用生物，它们利用太阳能并将其转化为化学能，用于构建自己的身体。被认为是 O2 的净生产者。
异养生物 - 是消费者，它们以现成的有机物质为食，它们不能合成自己的食物，并且被认为是 CO2 的净生产者。
碎屑动物 - 以碎屑（因此是碎屑动物）和生物体分解的有机物质为食的生物体（例如粪金龟）。
腐生生物或分解者 - 以死生物和生物体产品为食的生物体。它们分泌到这些物质上的酶会导致分解，然后它们将产生的简单化合物吸收进自己的身体。因此，它们不会摄入完整的食物，而是吸收分解和消化的食物。例如细菌和真菌。

描述食物链的含义，并给出三个例子，每个例子至少包含三个环节（四种生物体）。

食物链是线性且简单的食物关系，其中一种生物只有一种食物，并被一种生物体吃掉。例如

蚊子幼虫 --->甲虫 --->老鼠--->蛇
浮游生物---->磷虾---->鲻鱼--->鲨鱼
蠼螋---->蜥蜴--->鼩鼱-->猫头鹰
蛤蜊---->海星--->海獭--->虎鲸
滨螺植物--->飞蛾--->青蛙--->蛇---->鹰

提示：不必记住这些，相反，你可以逻辑地思考。

描述食物网的含义

食物网比食物链更复杂，它包括更多种类的生物体。每种生物都可以以多种其他生物体为食，反过来也被更多生物体吃掉。因此，如果一个物种灭绝，生态系统仍然能够存在。食物网的示意图将在稍后插入。

定义营养级。

营养级：食物链中的位置，由到达该级的能量转移步骤数决定；根据食物关系对群落中分类群的分类（例如，植物构成第一营养级，食草动物构成第二营养级）。

推断食物链和食物网中生物体的营养级。

在给定适当信息的情况下，构建包含多达 10 种生物体的食物网。

说明光线是几乎所有群落的初始能量来源。

光线是几乎所有群落的初始能量来源。

解释食物链中的能量流动。 • 营养级之间的能量损失包括未被消耗的物质或未被同化的物质以及细胞呼吸产生的热量损失。此外，能量流动（基本上）从太阳到生产者到食草动物到食肉动物。

说明当能量转化发生时，包括生物体内的能量转化，该过程永远不会达到 100% 的效率，通常在 10% 到 20% 之间。

当能量转化发生时，包括生物体内的能量转化，该过程永远不会达到 100% 的效率，通常在 10-20% 之间。

解释能量金字塔的含义及其形状的原因。

能量金字塔显示了能量在一个群落中从一个营养级流向下一个营养级的流动。因此，能量金字塔的单位是每单位面积每单位时间的能量。

解释能量可以进入和离开生态系统，但营养物质必须循环利用。

能量可以进入和离开生态系统，但营养物质必须循环利用。阳光是地球上主要的能量来源。它被光合作用生物体吸收，这些生物体将光能转化为化学能。营养物质必须通过从其他生物体或生物体产品中获取来循环利用。

绘制碳循环图以显示所涉及的过程。

参见碳循环
五个主要过程：光合作用、细胞呼吸、摄食、化石化和燃烧。

解释腐生细菌和真菌（分解者）在营养物质循环中的作用。

这些生物以死生物和生物体产品为食。它们分泌到这些物质上的酶会导致分解，然后它们吸收分解和消化的食物。它们只吸收生存所需的东西，其余的营养物质会重新吸收到生态系统中。它们是必不可少的，因为它们释放了这些营养物质，使它们准备好重新吸收。例如，许多种类的细菌和真菌。这些是生态系统中必不可少的生物体，因为它们导致了生态系统的生物部分和非生物部分之间物质的循环利用。

4.2 温室效应

绘制并标注碳循环图以显示所涉及的过程。

使用历史记录分析大气二氧化碳浓度的变化。

解释大气二氧化碳、甲烷和氮氧化物浓度上升与增强温室效应之间的关系。

'随着二氧化碳、甲烷和一氧化二氮水平的升高，更多的辐射被反射回地球，而不是被释放到太空中。

概述预防原则。

'安全第一'- 当一项活动存在造成危害的威胁时，即使尚未建立科学的因果关系，也应采取措施。

评估预防原则作为对增强温室效应带来的威胁采取强有力行动的理由。

概述全球气温上升对北极生态系统的影响。

•影响包括先前被困在永久冻土中的碎屑分解速率增加，温带物种可利用的栖息地范围扩大，冰栖息地丧失，猎物物种的分布变化影响更高营养级，以及包括病原体在内的害虫物种的成功率提高。

4.3 种群

概述种群规模如何受出生率、迁入率、死亡率和迁出率的影响。

如果（出生率 + 迁入率）>（死亡率 + 迁出率），则种群正在增加。这些因素决定了种群是增加还是减少。

绘制一个显示 S 形种群曲线的图表。

解释指数增长阶段、平台阶段以及这两个阶段之间的过渡阶段的原因。

在指数增长阶段，种群呈指数增长，因为出生率高于死亡率。种群所需的资源，如食物和空间，非常丰富，疾病和捕食者也很少见。
在过渡阶段，出生率开始下降。出生率仍然高于死亡率，但两者之间的差距正在缓慢减小。
在平台阶段，可用的资源变得如此少，以至于无法再进行繁殖。死亡率开始大于出生率。一个物种可能已经达到了它的承载能力。

定义承载能力

承载能力：环境能够支持的某个物种的最大生物数量，或最大的种群规模。

列出三个限制种群增长的因素。

可用的资源。
疾病
可用的空间
捕食者

定义随机样本

在随机样本中，种群中的每个个体都有相同的被选中的机会。
无偏差

描述一种基于捕捉-标记-释放方法估计动物物种种群规模的技术。

估计动物物种种群规模的一种方法是捕捉-标记-释放方法。

捕捉种群中的尽可能多的个体。对这些个体进行标记。
将个体释放回它们的环境中。
一段时间后，在同一区域再次捕捉种群中的尽可能多的个体。
记录总数以及被捕捉到的被标记个体的数量。

这被称为“林肯指数”。

然后使用公式 (n₁ × n₂) / n₃，其中
n₁ = 第一次捕获的个体数量。
n₂ = 第二次捕获的个体数量。
n₃ = 第二次捕获的被标记个体数量。

描述一种基于象限方法的随机抽样方法，用于比较两种植物物种的种群数量。

方框象限:
线象限:

计算一组值的平均值

平均值 = 所有值的总和 / 值的数量。

说明标准差这个术语用于概括值围绕平均值的分布情况，68% 的值落在平均值的 1 个标准差范围内。

解释标准差如何用于比较两个或多个种群之间生态数据的平均值和分布情况。

进化

定义进化。

进化是指种群中可遗传特征的累积变化。

说明种群往往会产生比环境所能承受的更多后代。

这增加了整个种群的生存机会——在 1000 个个体的种群中，单个死亡的危害性要比在 10 个个体的种群中要小。

解释潜在的后代过剩的后果是生存斗争。

生物的种群往往呈指数增长。

产生的后代比环境所能承受的多。为了获得重要的资源，如食物和空间，生物之间会发生生存斗争。种内竞争。有些个体存活，有些个体死亡。
生物体的特征彼此不同。有些生物具有更适合它们在环境中生存的特征。这些生物最有可能存活下来。

说明物种成员表现出变异。

物种成员表现出变异。

解释有性生殖如何促进物种的变异。

变异对于自然选择以及进化的发生至关重要。虽然突变是新基因或等位基因的最初来源，但有性生殖通过允许形成新的等位基因组合来促进变异。有性生殖中的两个阶段促进变异。

减数分裂允许每个个体产生大量遗传上不同的配子。
受精允许来自两个不同个体的等位基因在同一个新个体中结合。

解释自然选择如何导致具有有利可遗传变异的个体繁殖率提高。

适应性更好的个体比适应性差的个体将它们的特征遗传给更多后代。因此，自然选择的结果会累积起来。随着一代代的更替，物种的特征逐渐发生变化，物种进化。

讨论物种通过自然选择进化的理论。

种群中存在生存斗争。为了满足种群中生物的需求，可用的资源是有限的。为了获得这些资源，它们必须面对种间和种内竞争。
有些生物具有比其他生物更有用的特征，这使得它们更适应环境，并赋予它们更好的获得这些有限资源的能力。
由于这种性状，这些生物将存活下来，繁殖，并且它们的后代也有很高的生存机会。随着时间的推移，种群中将有更多成员获得这种性状，因此随着时间的推移，整个物种可能已经进化了。

'解释两个对环境变化的进化响应的例子；其中一个必须是细菌对多种抗生素的耐药性。

在青霉素被发明之前，细菌是造成死亡的主要原因。然而，一旦它开始被使用，由于它是一种抗生素，一些细菌个体可能携带青霉素酶基因，该基因编码一种可以使青霉素失活的酶，使它们对青霉素等抗生素产生抗药性。因此，当它确实被使用时，它们将是唯一留下繁殖的细菌，而新的细菌也将对这种抗生素产生抗药性。
胡椒蛾是另一个对环境变化的进化响应的例子。当英国开始工业化时，煤烟会从工厂里出来，落到树木上。一种颜色较浅的胡椒蛾物种消失了，而颜色较深的物种则蓬勃发展，因为它们可以很容易地隐藏自己。

分类

定义物种。

物种是指一群具有相似特征的生物，它们可以相互交配并产生可育的后代。

描述对生物进行分类的价值。

物种分类：当你拥有其他生物进行比较时，更容易找出某个生物属于哪个物种。
你可以对物种的一般特征做出假设。
进化联系，你可以对共同祖先的特征做出假设。你还可以预测它们是如何进化的。

概述双名法系统。

被称为双名法，因为使用了两个名称。

第一个名称是属，第一个字母是大写。
第二个名称是种，不使用大写。
打印时使用斜体。
手写时在名称下划线。

说明生物被分为原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。

原核生物界 - 细菌
原生生物界 - 包括变形虫和藻类等单细胞生物
真菌界 - 包括霉菌和酵母菌
植物界 - 包括针叶树、蕨类植物、苔藓和开花植物
动物界 - 多细胞且具有运动能力，包括海绵、珊瑚、鸟类和哺乳动物

列出分类等级中的七个等级 - 界、门、纲、目、科、属、种 - 每个等级使用来自两个不同界的例子。（国王菲利普来这里是为了吃美味的汤）

界：动物界 | 植物界

门：脊索动物门 | 松柏门

纲：哺乳纲 | 松科

目：鲸目 | 松目

科：须鲸科 | 杉科

属：须鲸属 | 红杉属

种：小鼠 | 常绿红杉

应用或设计一个最多包含八个生物的检索表。形状、数量、颜色等。
检索表最常用于识别植物、昆虫和鸟类。它们通常是特定区域的，例如，北欧的植物。检索表通常以以下方式构建

检索表包含一系列编号的步骤
每个步骤包含一对可选特征
一些选项提供检索表的下一步要执行
一些选项提供识别

有关构建二分检索表的深入分析，请参见：二分检索表

人类影响

概述两个本地或全球的人类影响案例，这些案例导致对生态系统或生物圈的破坏。其中一个案例必须是温室效应加剧。

空气污染：地球的温暖可以归因于太阳的辐射。部分辐射被地球吸收。许多气体有助于这些吸收，例如二氧化碳、甲烷和水蒸气。它们阻止辐射，形成一个毯子，使地球变暖。这种效应就像温室一样，因此得名：温室效应。
然而，由于化石燃料的燃烧，二氧化碳和甲烷的含量一直在增加。这导致了温室效应加剧，从而导致全球变暖。

森林砍伐：在一些地区，雨林被砍伐，为农田让路 - 砍伐和焚烧技术。这通常会产生负面影响，因为雨林土壤通常不适合农业，只能暂时使用。此外，这是土壤侵蚀的催化剂。几乎在所有地方，森林土地都被清除用于建设和资源（木材）。

解释前面两个案例的原因和影响，并提供数据支持。

见前。

讨论可以采取哪些措施来控制或减少前面两个案例的影响，并参考生态系统的功能。

关于温室效应：更清洁的燃料，特别是机动车中排放的二氧化碳和其他气体更少，可以减轻对环境的压力，让自然作用来解决问题。应该鼓励光合作用，以减少空气中的二氧化碳，并减少化石燃料燃烧产生的排放。
关于森林砍伐：人们生育较少的子女（最多两个）将阻止人口增长。如果人口保持不变，新的住房建设将变得不必要。此外，重新种植被砍伐的地区并给予它们生长时间，可以在一定程度上解决这个问题。