遺傳漂變

1、第十三章：生物的多樣性與保育,第一節(jié) 生物多樣性,生物多樣性,A.田鼠的基因多樣性。B.森林生態(tài)系中的物種多樣性。C.整個(gè)地景中的群落與生態(tài)系多樣性。,基因多樣性,田鼠的基因多樣性：染色體上不同的顏色，代表族群內(nèi)遺傳變異。,基因多樣性的意義,1.基因多樣性是指族群中不同個(gè)體間，各種 基因座所擁有等位基因的多樣化或多型性2.就個(gè)體而言：不同等位基因的個(gè)體，對(duì)環(huán) 境有不同的適應(yīng)力。例如：某野生品種水 稻具有抗病基

2、因，其他品種缺乏此基因。3.就族群而言：每一個(gè)族群都有自己獨(dú)特的 基因池?；虺赜螅淼任换蚍N類 愈多，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力就愈強(qiáng)。,基因多樣性 與 族群大小,1.族群變小的影響：易有近親繁殖及遺傳漂變。2.近親繁殖與遺傳漂變會(huì)使得族群中等位基因 的頻率改變，亦有可能降低基因多樣性。,遺傳漂變 與 族群遺傳結(jié)構(gòu),●族群的遺傳結(jié)構(gòu)，是由等位基因頻率所決定 。若族群中的等位基因頻率發(fā)生與天擇無關(guān) 的隨機(jī)改

3、變，稱為遺傳漂變。1.遺傳漂變是隨機(jī)的改變，與天擇無關(guān)。2.遺傳漂變?cè)诖笞迦褐性斐傻碾S機(jī)改變常會(huì)彼此抵消，在小族群中，遺傳漂變的影響較大。3.造成遺傳漂變的原因包括瓶頸效應(yīng)及創(chuàng)始者 效應(yīng)，皆會(huì)使遺傳多樣性降低。,遺傳漂變,1.第一世代中假設(shè)只有 框起來的 5 株植物 繁殖了第二世代。2.第二世代中假設(shè)只有 框起來的 2 株紅花植 物繁殖了第三世代。3.在此一小族群中， 發(fā)生了遺傳漂變，

4、 剔除了a等位基因。,瓶頸效應(yīng),1.瓶頸效應(yīng)是指由於環(huán)境的改變或天災(zāi)人禍等因素， 導(dǎo)致族群中的個(gè)體數(shù)大量減少，於是有些等位基因 從基因池消失。2.雖然族群中的個(gè)體數(shù)會(huì)因繁殖而再增加，但此族群 之基因組成與發(fā)生瓶頸前之族群的組成不同。 例如：臺(tái)灣梅花鹿 (大量獵捕-1638年-15萬張鹿皮) (1)因過度獵捕及棲地破壞，使野生的臺(tái)灣梅花鹿 在野外絕跡。 (2)動(dòng)物園及民間養(yǎng)鹿場利用少數(shù)的

5、梅花鹿進(jìn)行復(fù) 育計(jì)畫。雖復(fù)育後的梅花鹿族群增加，但基因 多樣性已無法與最早的野生原始族群相提並論。,瓶頸效應(yīng)示意圖,瓶頸效應(yīng)：從瓶子中倒出一些球，當(dāng)球通過瓶頸時(shí)，恰似通過一場環(huán)境變動(dòng)。倒入杯子中的紫色球佔(zhàn)多數(shù)，而不見橘色球，如此可用以比喻一個(gè)經(jīng)過瓶頸效應(yīng)的族群，其基因多樣性會(huì)降低。,想一想,目前墾丁與綠島均有野放的梅花鹿族群，但根據(jù)研究，兩地區(qū)梅花鹿族群間的基因型明顯不同，若要增加兩地區(qū)梅

6、花鹿的基因多樣性，你會(huì)有什麼樣的建議？,若相互引進(jìn)部分個(gè)體做雜交配對(duì)，可增加彼此族群內(nèi)的基因多樣性。,創(chuàng)始者效應(yīng),1.生物族群內(nèi)的少數(shù)個(gè)體，因某種原因遷移到 新棲地定居後建立新族群。2.新族群因未與其他同種生物的族群交配繁殖 ，因此拓荒新族群繁衍出的個(gè)體，其基因多 樣性會(huì)比原本居住地的母族群降低許多。3.創(chuàng)始者效應(yīng)一般發(fā)生於對(duì)外隔絕的島嶼、 湖泊或較為封閉的新棲地。4.創(chuàng)始者效應(yīng)最極端的例子是一隻懷孕的

7、動(dòng)物 或單一個(gè)植物種子所創(chuàng)建的新族群。,創(chuàng)始者效應(yīng),創(chuàng)始者效應(yīng)：當(dāng)有幾隻瓢蟲從原來的母族群遷移至隔離的海島，經(jīng)過一段時(shí)間之後，繁殖形成的族群其基因頻率將改變，遺傳多樣性會(huì)降低。,臺(tái)灣生物的創(chuàng)始者效應(yīng)實(shí)例,◎由於創(chuàng)始者效應(yīng)的作用，某些生物的基因多 樣性是偏低的。1.臺(tái)灣為一島嶼環(huán)境，有很多物種藉由其果實(shí) 或種子隨洋流漂流至海岸地區(qū)而建立，如： 棋盤腳、椰子等。2.有一些物種可能是由候鳥挾帶入境，在溼地

8、 建立族群，如：臺(tái)灣水韭、東亞黑三稜等。3.有一些人為引入的物種，最後在臺(tái)灣馴化成 功，如：許多菊科及禾本科植物。,受創(chuàng)始者效應(yīng)影響的人類族群,1.受創(chuàng)始者效應(yīng)影響的族群，相對(duì)於其他族群 會(huì)具有較高頻率的遺傳性疾病，也會(huì)改變基 因池中的基因頻率。2.例如：居住於美國賓州的Amish族群，是早期 由少數(shù)德國人移民至此，同族通婚繁衍的結(jié)果3.Amish族群中攜帶有的隱性突變基因容易造成 罕見疾病的發(fā)生

9、率偏高，如：埃利偉氏癥。 (身材較矮小，有多指（趾）癥，心房中膈缺損或是單一心房）,物種多樣性,1.物種多樣性是指一個(gè)群集中不同物種的數(shù)量。2.物種多樣性愈高的地區(qū)，群集穩(wěn)定性也較高。,影響物種多樣性的因子,1.生態(tài)學(xué)家常以物種豐富度和物種均勻度來比較 兩個(gè)地區(qū)物種多樣性的高低。 (1)物種豐富度是指物種的數(shù)目，物種數(shù)目愈 多則豐富度愈大。 (2)若兩地區(qū)中的物種數(shù)相同，則區(qū)域中每一

10、 物種的個(gè)體數(shù)愈相近者稱為物種均勻度高 ，其物種多樣性愈高。2.一個(gè)地區(qū)的物種多樣性愈大，生態(tài)系就愈容 易維持平衡，例如：熱帶雨林的物種多樣性 大於水稻田的物種多樣性，群集較穩(wěn)定。,影響物種多樣性的因子 (續(xù)),3.影響物種多樣性的因素可由時(shí)間與空間來探討： (1)歷時(shí)越久，一個(gè)地區(qū)的物種多樣性可能會(huì)增加 (2)物種多樣性會(huì)隨緯度、海拔高度及水體深度而 產(chǎn)生變化：

11、a.大致而言，從赤道到兩極隨著緯度增加， 物種多樣性有逐漸減少的趨勢(shì)。 b.隨著海拔高度的增加物種多樣性會(huì)降低。 c.水體中物種種類則隨著深度的增加而減少。,棲地的異質(zhì)性有利物種多樣性,1.當(dāng)棲地的環(huán)境異質(zhì)性高時(shí)，如環(huán)境中包含有 森林、灌叢、草澤、農(nóng)田、池塘、河流等 各樣環(huán)境，則能生存其中的物種較多。2.在森林中，由樹冠頂層往下一直到森林底層 ，其光線強(qiáng)度、溫度、

12、溼度等因子都有差別3.森林在垂直結(jié)構(gòu)上，可分為喬木層、灌木層、 草本層及地被層。在不同的森林層次中，一般 會(huì)有不同的動(dòng)物棲息其間。,島嶼生物地理學(xué),1.生物地理學(xué)是探討動(dòng)物與植物的地理分布， 解釋地球上為何有這麼多樣的生物，以及它 們?yōu)楹我阅壳暗姆绞椒植肌?2.島嶼生物地理學(xué)是探討島嶼上的各種地理因素 對(duì)生物分布和適應(yīng)的影響： (1)如何遷移到島嶼：跨越水域或藉由

13、 暫時(shí)性的陸橋(冰河時(shí)期) (2)島嶼的來源：大陸島嶼、海洋島嶼兩大類,大陸島嶼 與 海洋島嶼,1.大陸島嶼：如臺(tái)灣 (1)原為大陸連續(xù)的一部份，後來才與大陸分離。 (2)島上的生物與鄰近大陸的物種較相似，特有種 的比例相對(duì)也較低。2.海洋島嶼：如加拉巴哥群島 (1)經(jīng)由海底火山的噴出物或珊瑚礁所形成。 (2)海洋島嶼初形成後，生物才由相鄰的大陸

14、遷徙或 被攜帶至島上，可能再逐漸演化成新種。 (3)能藉由空氣或水傳播的生物會(huì)優(yōu)先到達(dá)島嶼。 (4)與大陸島嶼比較，海洋島嶼的物種豐富度通常較 低，但特有種的比例卻遠(yuǎn)較大陸島嶼高。,小知識(shí)-島嶼生物地理學(xué),1.島嶼內(nèi)物種的豐富度，是取決於物種的遷入和 滅絕，當(dāng)遷入率與滅絕率相等時(shí)，則島嶼的 物種豐富度達(dá)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 2.新物種抵達(dá)島嶼的遷入率主要是由移入來源 的距離所決定

15、，距離越近則移入率較高。3.新物種在島嶼上的滅絕率則是由島嶼面積所 決定，大島嶼能容納的物種比小島嶼多，物 種間的競爭性較低，因此滅絕率較低。,島嶼生物地理學(xué),A-離大陸遠(yuǎn)的小島，物種豐富度較低。B-離大陸近的大島，物種豐富度較高。,大陸島嶼-臺(tái)灣本島,1.臺(tái)灣本島是由菲律賓海板塊擠壓歐亞板塊而 隆起，是典型的板塊碰撞產(chǎn)生之大陸島嶼。2.因臺(tái)灣本島於冰河期時(shí)，全球海平面下降， 曾多次與大陸陸塊相連(曾比現(xiàn)在

16、低130m)， 提供了通道讓北方的生物南移避寒。3.冰河時(shí)期結(jié)束，上升的海水再次淹沒陸橋， 臺(tái)灣的物種從此與大陸隔絕，而逐漸演化出 特有的孑遺生物，例如：臺(tái)灣山椒魚。4.冰河期是使臺(tái)灣物種豐富的原因之一。,海平面比現(xiàn)在低約 65公尺所繪製的臺(tái)灣輪廓，有一座陸橋，將臺(tái)灣與大陸連接起來，許多的物種因此得以遷徙到臺(tái)灣。,臺(tái)灣發(fā)現(xiàn)的生物化石,1.由臺(tái)灣本島浮出海面僅六百多萬年歷史的地層，卻 蘊(yùn)養(yǎng)著數(shù)千萬年的古老物

17、種可推測，臺(tái)灣有許多物 種是由大陸遷移至此。2.從澎湖水道附近打撈起的大量化石，以及臺(tái)南左鎮(zhèn)菜 寮溪流域一帶出土的動(dòng)物化石，例如：古象、犀牛。3.在菜寮溪流域所發(fā)現(xiàn)的古象包括有長毛象，第一隻出 土的犀?；幻麨椤冈幺嘀袊！?。,長毛象化石,早坂中國犀牛,經(jīng)陸橋遷移到臺(tái)灣的臺(tái)灣長鬃山羊,1.臺(tái)灣長鬃山羊是臺(tái)灣特有種的動(dòng)物，但以 粒線體DNA分析臺(tái)灣長鬃山羊及大陸蘇門 答臘長鬃山羊，發(fā)現(xiàn)兩者的親緣關(guān)係

18、近。2.由長鬃山羊的化石證據(jù)，推測長鬃山羊可能由冰河期的陸橋遷徙來到臺(tái)灣，並在冰河期結(jié)束後，隨著時(shí)間而隔離種化成現(xiàn)今的臺(tái)灣長鬃山羊。,臺(tái)灣的植物相-有歐亞大陸溫帶性物種,1.中海拔植物與中國大陸北部及日本的植物近似2.高海拔植物與中國大陸西部及喜馬拉雅山區(qū)的 植物接近。3.南湖柳葉菜分布於臺(tái)灣海拔2,600公尺以上山區(qū) ，是臺(tái)灣特有種高山植物，也是臺(tái)灣少數(shù)存留 的冰河孑遺植物。,氣候與地理?xiàng)l件使臺(tái)灣的特有生物種

19、類多,1.氣候： (1)臺(tái)灣屬熱帶及亞熱帶地區(qū)，有熱帶季風(fēng)型的氣候。 (2)東北季風(fēng)與西南季風(fēng)帶來豐沛的雨量。 (3)黑潮使臺(tái)灣氣候比同緯度其他地區(qū)溫暖。2.地形： (1)臺(tái)灣因板塊的擠壓有許多超過3000公尺的高山。 (2)地質(zhì)年齡輕，山脈陡峭、溪谷縱橫，而有熱帶季風(fēng) 林、常綠闊葉林、針闊葉混生林、針葉林及高山 寒原等不同的自然景觀 ，生態(tài)系多樣性高。,海洋島嶼 -夏威

20、夷群島,夏威夷群島位於北太平洋中部，由數(shù)十個(gè)大、小島嶼所組成，形成一個(gè)長達(dá)2650公里的島鏈。各島嶼的形成，大都是由海底火山不斷噴發(fā)，熔巖堆積，最後突出海面所形成。,夏威夷群島的生物,1.夏威夷群島距離陸地遙遠(yuǎn)(離墨西哥海岸5085公里)， 從未與大陸相連，屬於海洋島嶼。2.推測夏威夷群島上的生物遷徙來的方式： (1)鳥類可飛翔到達(dá)島上。 (2)植物的種子則可用鉤子附在鳥類的羽毛，或是種 子留在鳥

21、類的消化道內(nèi)，與鳥類一起到達(dá)。 (3)蕨類的孢子遠(yuǎn)比開花植物的種子輕，更容易到達(dá) (4)種子靠海飄移到達(dá)，如：椰子、草海桐與刺桐。3.島上至今沒有真正的淡水魚，也無原生兩生類、爬蟲 類或哺乳類（除了一種蝙蝠以外）。4.在人類引入之前，島上亦無螞蟻（因不會(huì)飛行） 。,夏威夷群島上唐納雀的適應(yīng)輻射,1.物種在島嶼的環(huán)境中，較容易產(chǎn)生適應(yīng)性 演化。因競爭有限的食物和空間，部分個(gè) 體向外播遷，佔(zhàn)據(jù)不同的棲所以利

22、生存。2.以唐納雀為例，科學(xué)家認(rèn)為牠們的共同祖先 應(yīng)是來自亞洲，在到達(dá)這些島嶼之後，因 競爭和適應(yīng)的關(guān)係而演化出不同的物種。,島嶼容易形成特有種的原因,◎特有種是指一物種僅分布在某一局限的地理區(qū)域， 則稱此物種為該地理區(qū)域之特有種。1.島嶼生物通常是由某一較大的族群分出來的次族群， 在遷移過程中，此次族群經(jīng)長時(shí)間的隔離演化，適應(yīng) 當(dāng)?shù)丨h(huán)境，可能因而產(chǎn)生了特有種。2.分布於其他地方的相同族群，由於氣候

23、變遷等緣故而 滅絕，也可能使得遷移到某島嶼的族群變?yōu)樘赜蟹N。 例如：臺(tái)灣的冰河孑遺生物－臺(tái)灣山椒魚，原本是居 住於寒帶的物種，冰河時(shí)期曾廣泛分佈於華南一帶並 遷移至臺(tái)灣，後來氣候回暖，許多地區(qū)的山椒魚滅絕 ，而留在臺(tái)灣高海拔山區(qū)的山椒魚則演化成特有種。,生態(tài)系多樣性的意義,1.生態(tài)系多樣性又稱為棲息環(huán)境多樣性，是指 某一地區(qū)提供生物棲息的環(huán)境種類的情形。2.環(huán)境愈多樣，可提供生物棲息之處就越多，

24、 動(dòng)、植物種類也就多，生物多樣性亦較大。 3.以往許多的保育工作僅著眼在瀕臨絕種物種 的保育，但現(xiàn)在的保育生物學(xué)將目標(biāo)延伸至 保育整個(gè)群集，並兼顧生態(tài)系的永續(xù)經(jīng)營。,群集 與 生態(tài)系,1.群集是指同時(shí)生活在同一特定區(qū)域或棲所中 的各種生物族群的集合。2.生態(tài)系是指生物群集與環(huán)境理化因子，所形成 一個(gè)交互作用非常密切的體系。,環(huán)境因子 與 群集的分層,1.由森林到湖泊的環(huán)境，其土壤中的含水量會(huì) 逐漸增高

25、，植物有明顯的水平分層現(xiàn)象。(岸邊)水生植物、草本植物、草本及灌木混生 區(qū)、灌木、年輕樹林、高大的老樹(森林) 2.由樹冠頂層往下到森林底層，其光線強(qiáng)度、 溫度、溼度等因子形成高度上的梯度。因此 ，森林在垂直結(jié)構(gòu)上，可分為喬木層（包括 樹冠頂層、樹冠中層、樹冠下層）、灌木層 、草本層及地被層，各有不同的物種棲息。,地景(landscape),1.地景是比生態(tài)系更高的層次系統(tǒng)，是包含幾個(gè)

26、 有互動(dòng)的生態(tài)系在空間上的聚合。2.高屏溪流域的地景： (1)平面分布應(yīng)屬亞熱帶地區(qū)。 (2)由於不同的土地利用現(xiàn)況，而形成森林、 果園、農(nóng)田、魚塭、鄉(xiāng)村、城市、工業(yè)區(qū)等,地景生態(tài)學(xué),1.地景生態(tài)學(xué)研究地景結(jié)構(gòu)與演變過程，是將生 態(tài)學(xué)原理應(yīng)用於「人類利用地區(qū)」的研究，是 生態(tài)學(xué)中最年輕的一個(gè)分支 。2.地景生態(tài)學(xué)強(qiáng)調(diào)以其他物種為中心，正確處理 人類與生物環(huán)境的相互關(guān)係。3.地景生態(tài)學(xué)的

27、目標(biāo)：除了生態(tài)學(xué)的經(jīng)營，還要 了解過往、現(xiàn)在與可預(yù)期未來的地景利用狀況 ，並使多樣性保育成為其中的一部份。,影響地景形成的因素,1.地形與氣候條件：對(duì)地景產(chǎn)生決定性的影響 如：地形險(xiǎn)峻的高山，限制了人類活動(dòng)，而 形成森林生態(tài)系；較為平坦的山坡地或平原 ，因適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，遭受人為干擾而開發(fā)為 果園及農(nóng)田，形成另一種不同類型的生態(tài)系。 2.干擾因素：如山崩、人類的開發(fā)等。,地景變遷 與 生物圈,1.大自

28、然的力量或人類的開發(fā)利用會(huì)造成地景 變遷，地景結(jié)構(gòu)與地景功能可能因此變動(dòng)， 變動(dòng)後的地景對(duì)於生物多樣性將會(huì)造成影響。2.例如：將原始森林開發(fā)成農(nóng)地，使得地景改變 ，降低生物的多樣性。,梯田,檳榔園,區(qū)塊 與 邊緣,1.地景中的每一個(gè)生態(tài)系有自身的面積大小、 形狀和界限，稱為區(qū)塊。 2.邊緣是指兩個(gè)或多個(gè)區(qū)塊之間的過渡區(qū)域。 此過渡區(qū)域所產(chǎn)生的邊際效應(yīng)會(huì)影響到地景 生態(tài)系的生物多樣性。,邊際效應(yīng),在

29、自然形成的地景之「邊緣」，其邊際效應(yīng)會(huì)使得物種的數(shù)目及某些族群的密度增加，因?yàn)椤高吘墶沟沫h(huán)境異質(zhì)性較高。,邊緣 與 邊際效應(yīng),1.有些生物可能用到「邊緣」兩邊生態(tài)系的資 源，在「邊緣」區(qū)域其族群數(shù)量會(huì)增加。 如：歐洲環(huán)頸松雞- (1)森林棲地提供冬季食物以及築巢的地方 (2)灌木叢與有草生長的開闊地提供夏季食物2.在天然災(zāi)害或人類活動(dòng)所造成的邊緣地景， 通常其突兀的過渡帶並不適合生物生存，且

30、區(qū)塊使得棲地破碎，因而降低生物多樣性。,天然災(zāi)害造成的地景變遷,九份二山是921大地震時(shí)地震的震爆點(diǎn)所在地，地震威力造成巨大的走山斷層地形，森林地景中露出一塊裸露的山壁,人類活動(dòng)造成的地景變遷,馬來西亞被嚴(yán)重砍伐的雨林地區(qū),邊緣 與 邊際效應(yīng),邊緣寬度一定的情形下，邊際效應(yīng)隨著區(qū)塊面積變小而增加。,當(dāng)區(qū)塊總面積一定時(shí)，形狀愈接近圓形或正方形，邊際效應(yīng)愈小。,生態(tài)廊道的概念,1.廊道：地景中生物來往於不同區(qū)塊間的通道。2.任何的

31、開發(fā)利用，若能建立有效的廊道，將 可連接獨(dú)立的區(qū)塊，因而可增加族群的基因 多樣性。,生態(tài)系服務(wù)的概念 (補(bǔ)充),1.生態(tài)系多樣性提供了人類賴以為生的生態(tài)系服務(wù)。2.生態(tài)系服務(wù)是人類直接或間接從生態(tài)系中得到的利益 ，若無這些生態(tài)系的服務(wù)，地球上的生命將會(huì)終止： (1)提供人類生存的物質(zhì)（氧氣、水、食物、藥物） (2)提供人類能源（石油） (3)維持大氣的組成及品質(zhì) (4)調(diào)控水、營養(yǎng)鹽的循環(huán)