1、第十三章：生物的多樣性與保育,第一節 生物多樣性,生物多樣性,A.田鼠的基因多樣性。B.森林生態系中的物種多樣性。C.整個地景中的群落與生態系多樣性。,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.就個體而言：不同等位基因的個體，對環 境有不同的適應力。例如：某野生品種水 稻具有抗病基因，其他品種缺乏此基因。3.就族群而言：每一個族群都有自己獨特的 基因池。基因池愈大，代表等位基因種類 愈多，對環境的適應能力就愈強。,基因多樣性 與 族群大小,1.族群變小的影響：易有近
2、親繁殖及遺傳漂變。2.近親繁殖與遺傳漂變會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 族群遺傳結構,族群的遺傳結構，是由等位基因頻率所決定 。若族群中的等位基因頻率發生與天擇無關 的隨機改變，稱為遺傳漂變。1.遺傳漂變是隨機的改變，與天擇無關。2.遺傳漂變在大族群中造成的隨機改變常會彼此抵消，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及創始者 效應，皆會使遺傳多樣性降低。,遺傳漂變,1.第一世代中假設只有 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， 發生了遺傳漂
3、變， 剔除了a等位基因。,瓶頸效應,1.瓶頸效應是指由於環境的改變或天災人禍等因素， 導致族群中的個體數大量減少，於是有些等位基因 從基因池消失。2.雖然族群中的個體數會因繁殖而再增加，但此族群 之基因組成與發生瓶頸前之族群的組成不同。 例如：臺灣梅花鹿 (大量獵捕-1638年-15萬張鹿皮) (1)因過度獵捕及棲地破壞，使野生的臺灣梅花鹿 在野外絕跡。 (2)動物園及民間養鹿場利用少數的梅花鹿進行復 育計畫。雖復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。,瓶頸效應示意圖,瓶頸效應：從瓶子中倒出一些球，當球通過瓶頸時，恰似通過一場環境變動。倒入杯子中的紫色球佔多數
4、，而不見橘色球，如此可用以比喻一個經過瓶頸效應的族群，其基因多樣性會降低。,想一想,目前墾丁與綠島均有野放的梅花鹿族群，但根據研究，兩地區梅花鹿族群間的基因型明顯不同，若要增加兩地區梅花鹿的基因多樣性，你會有什麼樣的建議？,若相互引進部分個體做雜交配對，可增加彼此族群內的基因多樣性。,創始者效應,1.生物族群內的少數個體，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體，其基因多 樣性會比原本居住地的母族群降低許多。3.創始者效應一般發生於對外隔絕的島嶼、 湖泊或較為封閉的新棲地。4.創始者效應最極端的例子是一隻懷孕的動物 或單
5、一個植物種子所創建的新族群。,創始者效應,創始者效應：當有幾隻瓢蟲從原來的母族群遷移至隔離的海島，經過一段時間之後，繁殖形成的族群其基因頻率將改變，遺傳多樣性會降低。,台灣生物的創始者效應實例,由於創始者效應的作用，某些生物的基因多 樣性是偏低的。1.臺灣為一島嶼環境，有很多物種藉由其果實 或種子隨洋流漂流至海岸地區而建立，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 建立族群，如：臺灣水韭、東亞黑三稜等。3.有一些人為引入的物種，最後在臺灣馴化成 功，如：許多菊科及禾本科植物。,受創始者效應影響的人類族群,1.受創始者效應影響的族群，相對於其他族群 會具有較高頻率的遺傳性
6、疾病，也會改變基 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 由少數德國人移民至此，同族通婚繁衍的結果3.Amish族群中攜帶有的隱性突變基因容易造成 罕見疾病的發生率偏高，如：埃利偉氏症。 (身材較矮小，有多指（趾）症，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群集中不同物種的數量。2.物種多樣性愈高的地區，群集穩定性也較高。,影響物種多樣性的因子,1.生態學家常以物種豐富度和物種均勻度來比較 兩個地區物種多樣性的高低。 (1)物種豐富度是指物種的數目，物種數目愈 多則豐富度愈大。 (2)若兩地區中的物種數相同，則區域中每一 物種的個體數愈相近者稱
7、為物種均勻度高 ，其物種多樣性愈高。2.一個地區的物種多樣性愈大，生態系就愈容 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，群集較穩定。,影響物種多樣性的因子 (續),3.影響物種多樣性的因素可由時間與空間來探討： (1)歷時越久，一個地區的物種多樣性可能會增加 (2)物種多樣性會隨緯度、海拔高度及水體深度而 產生變化： 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。 b.隨著海拔高度的增加物種多樣性會降低。 c.水體中物種種類則隨著深度的增加而減少。,棲地的異質性有利物種多樣性,1.當棲地的環境異質性高時，如環境中包含有 森林、灌叢、草澤、農田、池
8、塘、河流等 各樣環境，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 ，其光線強度、溫度、溼度等因子都有差別3.森林在垂直結構上，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 會有不同的動物棲息其間。,島嶼生物地理學,1.生物地理學是探討動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 們為何以目前的方式分布。 2.島嶼生物地理學是探討島嶼上的各種地理因素 對生物分布和適應的影響： (1)如何遷移到島嶼：跨越水域或藉由 暫時性的陸橋(冰河時期) (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：如台灣 (1)
9、原為大陸連續的一部份，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 的比例相對也較低。2.海洋島嶼：如加拉巴哥群島 (1)經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優先到達島嶼。 (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較大陸島嶼高。,小知識-島嶼生物地理學,1.島嶼內物種的豐富度，是取決於物種的遷入和 滅絕，當遷入率與滅絕率相等時，則島嶼的 物種豐富度達動態平衡狀態。 2.新物種抵達島嶼的遷入率主要是由移入來源 的距離所決定
10、，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,A-離大陸遠的小島，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-臺灣本島,1.臺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生之大陸島嶼。2.因臺灣本島於冰河期時，全球海平面下降， 曾多次與大陸陸塊相連(曾比現在低130m)， 提供了通道讓北方的生物南移避寒。3.冰河時期結束，上升的海水再次淹沒陸橋， 臺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：臺灣山椒魚。4.冰河期是使臺灣物種豐
11、富的原因之一。,海平面比現在低約 65公尺所繪製的臺灣輪廓，有一座陸橋，將臺灣與大陸連接起來，許多的物種因此得以遷徙到臺灣。,台灣發現的生物化石,1.由臺灣本島浮出海面僅六百多萬年歷史的地層，卻 蘊養著數千萬年的古老物種可推測，臺灣有許多物 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，以及臺南左鎮菜 寮溪流域一帶出土的動物化石，例如：古象、犀牛。3.在菜寮溪流域所發現的古象包括有長毛象，第一隻出 土的犀牛化石被命名為早坂中國犀牛。,長毛象化石,早坂中國犀牛,經陸橋遷移到台灣的臺灣長鬃山羊,1.臺灣長鬃山羊是臺灣特有種的動物，但以 粒線體DNA分析臺灣長鬃山羊及大陸蘇門 答臘長鬃山羊
12、，發現兩者的親緣關係近。2.由長鬃山羊的化石證據，推測長鬃山羊可能由冰河期的陸橋遷徙來到臺灣，並在冰河期結束後，隨著時間而隔離種化成現今的臺灣長鬃山羊。,台灣的植物相-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的 植物接近。3.南湖柳葉菜分布於臺灣海拔2,600公尺以上山區 ，是臺灣特有種高山植物，也是臺灣少數存留 的冰河孑遺植物。,氣候與地理條件使台灣的特有生物種類多,1.氣候： (1)臺灣屬熱帶及亞熱帶地區，有熱帶季風型的氣候。 (2)東北季風與西南季風帶來豐沛的雨量。 (3)黑潮使臺灣氣候比同緯度其他地區溫暖。2.地形：
13、(1)臺灣因板塊的擠壓有許多超過3000公尺的高山。 (2)地質年齡輕，山脈陡峭、溪谷縱橫，而有熱帶季風 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 ，生態系多樣性高。,海洋島嶼 -夏威夷群島,夏威夷群島位於北太平洋中部，由數十個大、小島嶼所組成，形成一個長達2650公里的島鏈。各島嶼的形成，大都是由海底火山不斷噴發，熔岩堆積，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(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)鳥類可飛翔到達島上。 (2)植物的種子則可用鉤子附在鳥類的羽毛，或是種
14、子留在鳥類的消化道內，與鳥類一起到達。 (3)蕨類的孢子遠比開花植物的種子輕，更容易到達 (4)種子靠海飄移到達，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（因不會飛行） 。,夏威夷群島上唐納雀的適應輻射,1.物種在島嶼的環境中，較容易產生適應性 演化。因競爭有限的食物和空間，部分個 體向外播遷，佔據不同的棲所以利生存。2.以唐納雀為例，科學家認為牠們的共同祖先 應是來自亞洲，在到達這些島嶼之後，因 競爭和適應的關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
15、地理區域， 則稱此物種為該地理區域之特有種。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，此次族群經長時間的隔離演化，適應 當地環境，可能因而產生了特有種。2.分布於其他地方的相同族群，由於氣候變遷等緣故而 滅絕，也可能使得遷移到某島嶼的族群變為特有種。 例如：臺灣的冰河孑遺生物臺灣山椒魚，原本是居 住於寒帶的物種，冰河時期曾廣泛分佈於華南一帶並 遷移至臺灣，後來氣候回暖，許多地區的山椒魚滅絕 ，而留在臺灣高海拔山區的山椒魚則演化成特有種。,生態系多樣性的意義,1.生態系多樣性又稱為棲息環境多樣性，是指 某一地區提供生物棲息的環境種類的情形。2.環境愈多樣，可提供生物棲息之
16、處就越多， 動、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，但現在的保育生物學將目標延伸至 保育整個群集，並兼顧生態系的永續經營。,群集 與 生態系,1.群集是指同時生活在同一特定區域或棲所中 的各種生物族群的集合。2.生態系是指生物群集與環境理化因子，所形成 一個交互作用非常密切的體系。,環境因子 與 群集的分層,1.由森林到湖泊的環境，其土壤中的含水量會 逐漸增高，植物有明顯的水平分層現象。(岸邊)水生植物、草本植物、草本及灌木混生 區、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，其光線強度、 溫度、溼度等因子形成高度上的梯
17、度。因此 ，森林在垂直結構上，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.地景是比生態系更高的層次系統，是包含幾個 有互動的生態系在空間上的聚合。2.高屏溪流域的地景： (1)平面分布應屬亞熱帶地區。 (2)由於不同的土地利用現況，而形成森林、 果園、農田、魚塭、鄉村、城市、工業區等,地景生態學,1.地景生態學研究地景結構與演變過程，是將生 態學原理應用於人類利用地區的研究，是 生態學中最年輕的一個分支 。2.地景生態學強調以其他物種為中心，正確處理 人類與生物環境的相互關係。3.地景生態學的目標：除了生態
18、學的經營，還要 了解過往、現在與可預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：對地景產生決定性的影響 如：地形險峻的高山，限制了人類活動，而 形成森林生態系；較為平坦的山坡地或平原 ，因適宜農業生產，遭受人為干擾而開發為 果園及農田，形成另一種不同類型的生態系。 2.干擾因素：如山崩、人類的開發等。,地景變遷 與 生物圈,1.大自然的力量或人類的開發利用會造成地景 變遷，地景結構與地景功能可能因此變動， 變動後的地景對於生物多樣性將會造成影響。2.例如：將原始森林開發成農地，使得地景改變 ，降低生物的多樣性。,梯田,檳榔園,區塊 與 邊緣
19、,1.地景中的每一個生態系有自身的面積大小、 形狀和界限，稱為區塊。 2.邊緣是指兩個或多個區塊之間的過渡區域。 此過渡區域所產生的邊際效應會影響到地景 生態系的生物多樣性。,邊際效應,在自然形成的地景之邊緣，其邊際效應會使得物種的數目及某些族群的密度增加，因為邊緣的環境異質性較高。,邊緣 與 邊際效應,1.有些生物可能用到邊緣兩邊生態系的資 源，在邊緣區域其族群數量會增加。 如：歐洲環頸松雞- (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.在天然災害或人類活動所造成的邊緣地景， 通常其突兀的過渡帶並不適合生物生存，且 區塊使得棲地破碎，因而降低生物多
20、樣性。,天然災害造成的地景變遷,九份二山是921大地震時地震的震爆點所在地，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,人類活動造成的地景變遷,馬來西亞被嚴重砍伐的雨林地區,邊緣 與 邊際效應,邊緣寬度一定的情形下，邊際效應隨著區塊面積變小而增加。,當區塊總面積一定時，形狀愈接近圓形或正方形，邊際效應愈小。,生態廊道的概念,1.廊道：地景中生物來往於不同區塊間的通道。2.任何的開發利用，若能建立有效的廊道，將 可連接獨立的區塊，因而可增加族群的基因 多樣性。,生態系服務的概念 (補充),1.生態系多樣性提供了人類賴以為生的生態系服務。2.生態系服務是人類直接或間接從生態系中得到的利益 ，若無這些生態系的服務，地球上的生命將會終止： (1)提供人類生存的物質（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 (4)調控水、營養鹽的循環 (5)降低旱災與水災的嚴重性 (6)土壤的形成、肥沃化 (7)廢棄物的分解與去除毒性 (8)植物的授粉；散布種子 (9)透過天敵控制許多農業害蟲 (10)有臭氧阻隔紫外線輻射,
