IB 生物/群落

主題 4：生態學與進化

群落和生態系統

定義生態學、生態系統、種群、群落、物種和棲息地。

生態學 - 研究生物之間以及生物與其環境之間相互關係的學科。
生態系統 - 由生物體以及該地區非生物因素組成的系統。
種群 - 在同一時間生活在同一地區的同一物種的一組生物。
群落 - 在一個地區生活和相互作用的一組種群。
物種 - 可以交配併產生可育後代的一組生物。
棲息地 - 一個物種通常生活的環境或一個生物體的位置。

解釋生物圈是如何由相互依存和相互關聯的生態系統組成的。

在一個生態系統中，生物體以彼此為食。這種生物體的關係或相互作用可以是食物鏈或食物網的形式。食物鏈是線性且簡單的食物關係，其中一種生物只有一種食物，並被一種生物體吃掉。然而，食物網更復雜，它包括更多種類的生物體，每種生物體都可以以多種其他生物體為食，反過來也被多種生物體吃掉。然而，這並不是構成生物圈的唯一相互作用。動物相互作用的驚人多樣性，以及植物、細菌、真菌和原生生物的工作共同影響著生物圈。此外，有機迴圈，如水迴圈、動物呼吸產物（二氧化碳）在光合作用中的迴圈以及植物中水蒸氣的蒸騰返回大氣，都在發揮著重要作用。

定義自養生物（生產者）、異養生物（消費者）、碎屑動物和腐生生物（分解者）。

自養生物 - 也稱為生產者，它們可以自己製造食物 - 主要生產者是光合作用生物，它們利用太陽能並將其轉化為化學能，用於構建自己的身體。被認為是 O2 的淨生產者。
異養生物 - 是消費者，它們以現成的有機物質為食，它們不能合成自己的食物，並且被認為是 CO2 的淨生產者。
碎屑動物 - 以碎屑（因此是碎屑動物）和生物體分解的有機物質為食的生物體（例如糞金龜）。
腐生生物或分解者 - 以死生物和生物體產品為食的生物體。它們分泌到這些物質上的酶會導致分解，然後它們將產生的簡單化合物吸收進自己的身體。因此，它們不會攝入完整的食物，而是吸收分解和消化的食物。例如細菌和真菌。

描述食物鏈的含義，並給出三個例子，每個例子至少包含三個環節（四種生物體）。

食物鏈是線性且簡單的食物關係，其中一種生物只有一種食物，並被一種生物體吃掉。例如

蚊子幼蟲 --->甲蟲 --->老鼠--->蛇
浮游生物---->磷蝦---->鯔魚--->鯊魚
蠼螋---->蜥蜴--->鼩鼱-->貓頭鷹
蛤蜊---->海星--->海獺--->虎鯨
濱螺植物--->飛蛾--->青蛙--->蛇---->鷹

提示：不必記住這些，相反，你可以邏輯地思考。

描述食物網的含義

食物網比食物鏈更復雜，它包括更多種類的生物體。每種生物都可以以多種其他生物體為食，反過來也被更多生物體吃掉。因此，如果一個物種滅絕，生態系統仍然能夠存在。食物網的示意圖將在稍後插入。

定義營養級。

營養級：食物鏈中的位置，由到達該級的能量轉移步驟數決定；根據食物關係對群落中分類群的分類（例如，植物構成第一營養級，食草動物構成第二營養級）。

推斷食物鏈和食物網中生物體的營養級。

在給定適當資訊的情況下，構建包含多達 10 種生物體的食物網。

說明光線是幾乎所有群落的初始能量來源。

光線是幾乎所有群落的初始能量來源。

解釋食物鏈中的能量流動。 • 營養級之間的能量損失包括未被消耗的物質或未被同化的物質以及細胞呼吸產生的熱量損失。此外，能量流動（基本上）從太陽到生產者到食草動物到食肉動物。

說明當能量轉化發生時，包括生物體內的能量轉化，該過程永遠不會達到 100% 的效率，通常在 10% 到 20% 之間。

當能量轉化發生時，包括生物體內的能量轉化，該過程永遠不會達到 100% 的效率，通常在 10-20% 之間。

解釋能量金字塔的含義及其形狀的原因。

能量金字塔顯示了能量在一個群落中從一個營養級流向下一個營養級的流動。因此，能量金字塔的單位是每單位面積每單位時間的能量。

解釋能量可以進入和離開生態系統，但營養物質必須迴圈利用。

能量可以進入和離開生態系統，但營養物質必須迴圈利用。陽光是地球上主要的能量來源。它被光合作用生物體吸收，這些生物體將光能轉化為化學能。營養物質必須透過從其他生物體或生物體產品中獲取來迴圈利用。

繪製碳迴圈圖以顯示所涉及的過程。

參見碳迴圈
五個主要過程：光合作用、細胞呼吸、攝食、化石化和燃燒。

解釋腐生細菌和真菌（分解者）在營養物質迴圈中的作用。

這些生物以死生物和生物體產品為食。它們分泌到這些物質上的酶會導致分解，然後它們吸收分解和消化的食物。它們只吸收生存所需的東西，其餘的營養物質會重新吸收到生態系統中。它們是必不可少的，因為它們釋放了這些營養物質，使它們準備好重新吸收。例如，許多種類的細菌和真菌。這些是生態系統中必不可少的生物體，因為它們導致了生態系統的生物部分和非生物部分之間物質的迴圈利用。

4.2 溫室效應

繪製並標註碳迴圈圖以顯示所涉及的過程。

使用歷史記錄分析大氣二氧化碳濃度的變化。

解釋大氣二氧化碳、甲烷和氮氧化物濃度上升與增強溫室效應之間的關係。

'隨著二氧化碳、甲烷和一氧化二氮水平的升高，更多的輻射被反射回地球，而不是被釋放到太空中。

概述預防原則。

'安全第一'- 當一項活動存在造成危害的威脅時，即使尚未建立科學的因果關係，也應採取措施。

評估預防原則作為對增強溫室效應帶來的威脅採取強有力行動的理由。

概述全球氣溫上升對北極生態系統的影響。

•影響包括先前被困在永久凍土中的碎屑分解速率增加，溫帶物種可利用的棲息地範圍擴大，冰棲息地喪失，獵物物種的分佈變化影響更高營養級，以及包括病原體在內的害蟲物種的成功率提高。

4.3 種群

概述種群規模如何受出生率、遷入率、死亡率和遷出率的影響。

如果（出生率 + 遷入率）>（死亡率 + 遷出率），則種群正在增加。這些因素決定了種群是增加還是減少。

繪製一個顯示 S 形種群曲線的圖表。

解釋指數增長階段、平臺階段以及這兩個階段之間的過渡階段的原因。

在指數增長階段，種群呈指數增長，因為出生率高於死亡率。種群所需的資源，如食物和空間，非常豐富，疾病和捕食者也很少見。
在過渡階段，出生率開始下降。出生率仍然高於死亡率，但兩者之間的差距正在緩慢減小。
在平臺階段，可用的資源變得如此少，以至於無法再進行繁殖。死亡率開始大於出生率。一個物種可能已經達到了它的承載能力。

定義承載能力

承載能力：環境能夠支援的某個物種的最大生物數量，或最大的種群規模。

列出三個限制種群增長的因素。

可用的資源。
疾病
可用的空間
捕食者

定義隨機樣本

在隨機樣本中，種群中的每個個體都有相同的被選中的機會。
無偏差

描述一種基於捕捉-標記-釋放方法估計動物物種種群規模的技術。

估計動物物種種群規模的一種方法是捕捉-標記-釋放方法。

捕捉種群中的儘可能多的個體。對這些個體進行標記。
將個體釋放回它們的環境中。
一段時間後，在同一區域再次捕捉種群中的儘可能多的個體。
記錄總數以及被捕捉到的被標記個體的數量。

這被稱為“林肯指數”。

然後使用公式 (n₁ × n₂) / n₃，其中
n₁ = 第一次捕獲的個體數量。
n₂ = 第二次捕獲的個體數量。
n₃ = 第二次捕獲的被標記個體數量。

描述一種基於象限方法的隨機抽樣方法，用於比較兩種植物物種的種群數量。

方框象限:
線象限:

計算一組值的平均值

平均值 = 所有值的總和 / 值的數量。

說明標準差這個術語用於概括值圍繞平均值的分佈情況，68% 的值落在平均值的 1 個標準差範圍內。

解釋標準差如何用於比較兩個或多個種群之間生態資料的平均值和分佈情況。

進化

定義進化。

進化是指種群中可遺傳特徵的累積變化。

說明種群往往會產生比環境所能承受的更多後代。

這增加了整個種群的生存機會——在 1000 個個體的種群中，單個死亡的危害性要比在 10 個個體的種群中要小。

解釋潛在的後代過剩的後果是生存鬥爭。

生物的種群往往呈指數增長。

產生的後代比環境所能承受的多。為了獲得重要的資源，如食物和空間，生物之間會發生生存鬥爭。種內競爭。有些個體存活，有些個體死亡。
生物體的特徵彼此不同。有些生物具有更適合它們在環境中生存的特徵。這些生物最有可能存活下來。

說明物種成員表現出變異。

物種成員表現出變異。

解釋有性生殖如何促進物種的變異。

變異對於自然選擇以及進化的發生至關重要。雖然突變是新基因或等位基因的最初來源，但有性生殖透過允許形成新的等位基因組合來促進變異。有性生殖中的兩個階段促進變異。

減數分裂允許每個個體產生大量遺傳上不同的配子。
受精允許來自兩個不同個體的等位基因在同一個新個體中結合。

解釋自然選擇如何導致具有有利可遺傳變異的個體繁殖率提高。

適應性更好的個體比適應性差的個體將它們的特徵遺傳給更多後代。因此，自然選擇的結果會累積起來。隨著一代代的更替，物種的特徵逐漸發生變化，物種進化。

討論物種透過自然選擇進化的理論。

種群中存在生存鬥爭。為了滿足種群中生物的需求，可用的資源是有限的。為了獲得這些資源，它們必須面對種間和種內競爭。
有些生物具有比其他生物更有用的特徵，這使得它們更適應環境，並賦予它們更好的獲得這些有限資源的能力。
由於這種性狀，這些生物將存活下來，繁殖，並且它們的後代也有很高的生存機會。隨著時間的推移，種群中將有更多成員獲得這種性狀，因此隨著時間的推移，整個物種可能已經進化了。

'解釋兩個對環境變化的進化響應的例子；其中一個必須是細菌對多種抗生素的耐藥性。

在青黴素被髮明之前，細菌是造成死亡的主要原因。然而，一旦它開始被使用，由於它是一種抗生素，一些細菌個體可能攜帶青黴素酶基因，該基因編碼一種可以使青黴素失活的酶，使它們對青黴素等抗生素產生抗藥性。因此，當它確實被使用時，它們將是唯一留下繁殖的細菌，而新的細菌也將對這種抗生素產生抗藥性。
胡椒蛾是另一個對環境變化的進化響應的例子。當英國開始工業化時，煤煙會從工廠裡出來，落到樹木上。一種顏色較淺的胡椒蛾物種消失了，而顏色較深的物種則蓬勃發展，因為它們可以很容易地隱藏自己。

分類

定義物種。

物種是指一群具有相似特徵的生物，它們可以相互交配併產生可育的後代。

描述對生物進行分類的價值。

物種分類：當你擁有其他生物進行比較時，更容易找出某個生物屬於哪個物種。
你可以對物種的一般特徵做出假設。
進化聯絡，你可以對共同祖先的特徵做出假設。你還可以預測它們是如何進化的。

概述雙名法系統。

被稱為雙名法，因為使用了兩個名稱。

第一個名稱是屬，第一個字母是大寫。
第二個名稱是種，不使用大寫。
列印時使用斜體。
手寫時在名稱下劃線。

說明生物被分為原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和動物界。

原核生物界 - 細菌
原生生物界 - 包括變形蟲和藻類等單細胞生物
真菌界 - 包括黴菌和酵母菌
植物界 - 包括針葉樹、蕨類植物、苔蘚和開花植物
動物界 - 多細胞且具有運動能力，包括海綿、珊瑚、鳥類和哺乳動物

列出分類等級中的七個等級 - 界、門、綱、目、科、屬、種 - 每個等級使用來自兩個不同界的例子。（國王菲利普來這裡是為了吃美味的湯）

界：動物界 | 植物界

門：脊索動物門 | 松柏門

綱：哺乳綱 | 松科

目：鯨目 | 松目

科：鬚鯨科 | 杉科

屬：鬚鯨屬 | 紅杉屬

種：小鼠 | 常綠紅杉

應用或設計一個最多包含八個生物的檢索表。形狀、數量、顏色等。
檢索表最常用於識別植物、昆蟲和鳥類。它們通常是特定區域的，例如，北歐的植物。檢索表通常以以下方式構建

檢索表包含一系列編號的步驟
每個步驟包含一對可選特徵
一些選項提供檢索表的下一步要執行
一些選項提供識別

有關構建二分檢索表的深入分析，請參見：二分檢索表

人類影響

概述兩個本地或全球的人類影響案例，這些案例導致對生態系統或生物圈的破壞。其中一個案例必須是溫室效應加劇。

空氣汙染：地球的溫暖可以歸因於太陽的輻射。部分輻射被地球吸收。許多氣體有助於這些吸收，例如二氧化碳、甲烷和水蒸氣。它們阻止輻射，形成一個毯子，使地球變暖。這種效應就像溫室一樣，因此得名：溫室效應。
然而，由於化石燃料的燃燒，二氧化碳和甲烷的含量一直在增加。這導致了溫室效應加劇，從而導致全球變暖。

森林砍伐：在一些地區，雨林被砍伐，為農田讓路 - 砍伐和焚燒技術。這通常會產生負面影響，因為雨林土壤通常不適合農業，只能暫時使用。此外，這是土壤侵蝕的催化劑。幾乎在所有地方，森林土地都被清除用於建設和資源（木材）。

解釋前面兩個案例的原因和影響，並提供資料支援。

見前。

討論可以採取哪些措施來控制或減少前面兩個案例的影響，並參考生態系統的功能。

關於溫室效應：更清潔的燃料，特別是機動車中排放的二氧化碳和其他氣體更少，可以減輕對環境的壓力，讓自然作用來解決問題。應該鼓勵光合作用，以減少空氣中的二氧化碳，並減少化石燃料燃燒產生的排放。
關於森林砍伐：人們生育較少的子女（最多兩個）將阻止人口增長。如果人口保持不變，新的住房建設將變得不必要。此外，重新種植被砍伐的地區並給予它們生長時間，可以在一定程度上解決這個問題。