第五章 生物地理學(1)

1、第五章生物地理學第五章生物地理學Chapter 5 Biogeography第一節(jié)第一節(jié) 生物地理學的概念生物地理學的概念n1、什么是生物地理學（、什么是生物地理學（Biogeography）？）？n生物地理學生物地理學:就是關(guān)于生物時間和空間分布的就是關(guān)于生物時間和空間分布的科學?？茖W。 生物的分布形式時間空間n描述生物地理學：描述生物地理學：指編錄分指編錄分類單元的分區(qū)資料，總結(jié)不類單元的分區(qū)資料，總結(jié)不同地理區(qū)域分類單元的組成同地理區(qū)域分類單元的組成情況，以及系統(tǒng)闡述動植物情況，以及系統(tǒng)闡述動植物地理區(qū)系。地理區(qū)系。2、生物地理學的分類、生物地理學的分類解釋生物地理學：解釋生物地理學：把

2、描述生物地理學的基礎(chǔ)資料綜合成把描述生物地理學的基礎(chǔ)資料綜合成敘述性的解釋、假設(shè)、基于假設(shè)的預測或三者的結(jié)敘述性的解釋、假設(shè)、基于假設(shè)的預測或三者的結(jié)合合 。包括分析生物地理學、歷史生物地理學、生態(tài)生物地理學和預測生物地理學等 。 貴州省藥用昆蟲名錄貴州省藥用昆蟲名錄武漢市園林濕地植物昆蟲名錄武漢市園林濕地植物昆蟲名錄第二節(jié)、生物地理學的發(fā)展簡史第二節(jié)、生物地理學的發(fā)展簡史可分為四個階段19世紀早期世紀早期 19世紀中后期世紀中后期(達爾文時期達爾文時期) 20世紀前半葉世紀前半葉 20世紀后半葉至今世紀后半葉至今 n一、一、1919世紀早期世紀早期n200200年前，已知種類還只是目前的年前

3、，已知種類還只是目前的1 1。n進入進入1919世紀后，生物新單元發(fā)現(xiàn)的增多。世紀后，生物新單元發(fā)現(xiàn)的增多。nAlexander von Humboldt(Alexander von Humboldt(洪堡得洪堡得) )從從18051805年開始，在理論年開始，在理論上對世界植物分布與氣候之間的關(guān)系作了定量描述。被譽上對世界植物分布與氣候之間的關(guān)系作了定量描述。被譽為植物地理學（為植物地理學（PhytogeographyPhytogeography）之父。）之父。n同時代的許多學者對植物與氣候之間的關(guān)系也做了廣泛的同時代的許多學者對植物與氣候之間的關(guān)系也做了廣泛的研究，導致了生態(tài)植物地理學（研

4、究，導致了生態(tài)植物地理學（ecological ecological phytogeographyphytogeography）的創(chuàng)立。）的創(chuàng)立。nAdolphe BrongniartAdolphe Brongniart通過氣候與植物之間的關(guān)系對化石記通過氣候與植物之間的關(guān)系對化石記錄進行了開拓性的研究，因而被譽為古植物學錄進行了開拓性的研究，因而被譽為古植物學（paleobotanypaleobotany）的鼻祖。）的鼻祖。n在他的影響下，植物作為過去氣候的指示物，便成了古氣在他的影響下，植物作為過去氣候的指示物，便成了古氣候?qū)W（候?qū)W（PaleoclimatologyPaleoclimato

5、logy）的理論基礎(chǔ)。）的理論基礎(chǔ)。nBrongniartBrongniart（1827182718371837）基于對化石的討論，在比較了）基于對化石的討論，在比較了歐洲過去和現(xiàn)在植物區(qū)系之后，認為某些歐洲植物區(qū)系在歐洲過去和現(xiàn)在植物區(qū)系之后，認為某些歐洲植物區(qū)系在歷史上曾經(jīng)是熱帶區(qū)系。歷史上曾經(jīng)是熱帶區(qū)系。nJustus Liebig（1840）提出的）提出的“最小規(guī)律最小規(guī)律”（law of the minimum）。也就是說：一種生）。也就是說：一種生物的地理分布受某一個生活所必需的因子，比物的地理分布受某一個生活所必需的因子，比如食物、礦物質(zhì)、水、光或溫度等所限制。如食物、礦物質(zhì)、水

6、、光或溫度等所限制。n此調(diào)查研究刺激了此調(diào)查研究刺激了19世紀后期生態(tài)學和土壤科世紀后期生態(tài)學和土壤科學的發(fā)展。學的發(fā)展。n動物地理分布研究的起步比植物地理分布晚。動物地理分布研究的起步比植物地理分布晚。原因有兩個方面：原因有兩個方面：n一是動物種類數(shù)量比植物多得多。一是動物種類數(shù)量比植物多得多。n二是動物分布與氣候間的關(guān)系大多數(shù)不是直接的。二是動物分布與氣候間的關(guān)系大多數(shù)不是直接的。n William Swainson（1835）最早對動物地理學做了專門論述。）最早對動物地理學做了專門論述。nWLSclater（1858）在研究鳥類分布進行了研究。）在研究鳥類分布進行了研究。n進入進入20世

7、紀初，學者們已經(jīng)提出了至少世紀初，學者們已經(jīng)提出了至少20個有關(guān)動物地個有關(guān)動物地理區(qū)域的不同系統(tǒng)。理區(qū)域的不同系統(tǒng)。n早期的生物地理學家已經(jīng)注意到早期的生物地理學家已經(jīng)注意到3 3個基本分布形式個基本分布形式表明生物地理分布深受古代歷史事件的影響：表明生物地理分布深受古代歷史事件的影響：n地方性或特定區(qū)域分布；地方性或特定區(qū)域分布；n某些生物類群趨于分布在一起；某些生物類群趨于分布在一起；n間斷分布。生物地理學家已開始認識到地球和間斷分布。生物地理學家已開始認識到地球和生物兩者都不是一成不變的。生物兩者都不是一成不變的。 二、二、19世紀中后期世紀中后期(達爾文時期達爾文時期)n英國地質(zhì)學家

8、英國地質(zhì)學家C. LyellC. Lyell（賴爾）（賴爾）(1825)(1825)出版了出版了地質(zhì)學原理地質(zhì)學原理（Principle of GeologyPrinciple of Geology）一書。）一書。n18271827年，達爾文乘年，達爾文乘“Beagle”Beagle”號艦做了為期年的環(huán)球旅行。號艦做了為期年的環(huán)球旅行。n阿根廷有獸類化石；阿根廷有獸類化石；n在安第斯山發(fā)現(xiàn)貝殼；在安第斯山發(fā)現(xiàn)貝殼；n海島上生活著奇特類型的生物海島上生活著奇特類型的生物；n1859年出版了劃時代的巨著物種起源。自然選擇為基礎(chǔ)的生物進化理論 。地理隔離能引起物種種群間或種群內(nèi)的遺傳。n但Walla

9、ce仍被譽為動物地理學之父動物地理學之父 ，因為他應用進化論的自然選擇理論， 基本上建立了動物地理學的基本概念 和原則。nWallace還是第一位通過許多動物類群來分析陸地動物地理分布區(qū)域的學者，他的結(jié)論支持了Sclater（1858）根據(jù)鳥類分布分析所作出的陸地動物地理分布區(qū)域的劃分。nWallace對動物地理學的另一個杰出貢獻另一個杰出貢獻是觀察到動物地理分布在印度尼西亞的巴厘島和龍圖島之間有一明顯的界線 (Wallace,1860)）。n現(xiàn)在這條線改在加里曼丹加里曼丹和蘇拉威西島蘇拉威西島之間。之間。Wallace line-oldWallace line-presentWallace

10、line-oldWallace line-presentn另一位與達爾文同時代的杰出學者是世界上最著名的植物標本采集者D. Hooker，他對植物地理學做出了很大的貢獻。n Hooker 22歲時曾跟隨地球北磁極的發(fā)現(xiàn)者J. Ross對南極地域作過探險。這次探險經(jīng)歷和探險期間所采集的植物標本成了后來Hooker研究植物區(qū)系起源和區(qū)系間關(guān)系的資料來源。Hooker提出了植物遠距離擴散的概念，他認為那些種子或果實容易擴散的種類可以擴散到非常遙遠的地方。 n另外，還有其他許多學者對生物地理學做出了巨大貢獻。nC. Bergmann提出了這樣一個規(guī)則：恒溫的脊椎動物，在氣候比較冷的地區(qū)生活的種群要比在

11、氣候暖和地區(qū)生活的同種種群的身體大，其表面積與體積的比值較小。nJ. Allen(1878)提出了另一個規(guī)則：在寒冷地區(qū)生活的恒溫動物種類，其翅膀和其他附肢要比生活在溫暖氣候中的種類結(jié)實而短，因此在地球兩極生活的鳥類和其他哺乳動物趨向于身體粗壯，翅膀短小。 n19世紀晚期，歐洲的植物學家開始以植物外形和對非生物因子壓力(如缺水和鹽分過多的忍耐性)來對植物進行新的分類，并描述植物生境和類型。 這些工作導致了植物生理生態(tài)學（plant Physiological ecology）和植物社會學（ plant sociology），后者是植物群落生態(tài)學（ plant community ecology

12、）。n動物學家CH. Merrian（1894)對動物隨海拔高度的分布進行了深入的研究。他的結(jié)論為：不同海拔的不同海拔的植物分布帶像不同緯度的分布帶一樣，是物種和群落植物分布帶像不同緯度的分布帶一樣，是物種和群落對環(huán)境溫度和降雨程度的一種適應。對環(huán)境溫度和降雨程度的一種適應。n1860年，E. W.Hilgard證實氣候因子和植物直接參與了母巖石轉(zhuǎn)變成土壤的過程。n另外，一個物種的分布在地區(qū)性范圍內(nèi)也可能受土壤的影響。三、三、20世紀前半葉世紀前半葉n從20世紀初至60年代，有幾大研究趨勢對生物地理學產(chǎn)生了深遠的影響。n古生物學(特別是WDMatthew、E.HColbert、A.S. Rom

13、er、 G.G.Simpson、E.C. Olson和B.Kurten等)對地球表面各大陸動物區(qū)系變化描述做出了杰出貢獻。對許多陸地脊椎動物的起源、擴散、輻射和滅絕作了描述。起源中心的問題；擴散問題。n20世紀初，研究者已開始注意到物種內(nèi)變異類型的研究世紀初，研究者已開始注意到物種內(nèi)變異類型的研究。n美國美國的J. Grinned、L.R. Dice和歐洲的和歐洲的B. Rensch證實環(huán)境中生物地證實環(huán)境中生物地理學和生態(tài)學的特征與物種內(nèi)或物種間的變異類型密切相關(guān)。理學和生態(tài)學的特征與物種內(nèi)或物種間的變異類型密切相關(guān)。n隨后人們對果蠅（T. Dobzhasky）和對植物的研究（J. Daus

14、en、D. Keck和W. Hiesey）證實生理學和細胞學特性的差異與生物在自然界的分布有關(guān)。n20世紀40年代在Darwin進化論的基礎(chǔ)上，形成了有關(guān)物種內(nèi)自然變異及新種形成機制的理論，繼而形成了統(tǒng)一的有關(guān)物種的生物學概念，即一個物種是一個種群，它與其他這樣的種群在生殖上一個物種是一個種群，它與其他這樣的種群在生殖上是隔離的。是隔離的。n到這一階段的后期，許多學者對生物地理分布的知識進行了綜合。nP.J. Darlington（1957）和G. G. Simpson （196）對脊椎動物n S. Ekman（1953）對海洋動物n R. Good（1947）對維管植物n S. Carlqu

15、ist（1965）對島嶼生物地理學等。四、四、20世紀后半葉至今世紀后半葉至今n在這一時期，由于在這一時期，由于板塊構(gòu)造學板塊構(gòu)造學的接受、的接受、新系統(tǒng)發(fā)育新系統(tǒng)發(fā)育研究方法的建研究方法的建立和發(fā)展、立和發(fā)展、生態(tài)生物地理學生態(tài)生物地理學實驗方法的新探索以及對實驗方法的新探索以及對限制生物分限制生物分布機理布機理的研究等的研究等4個研究領(lǐng)域使得生物地理學充滿了新的活力。個研究領(lǐng)域使得生物地理學充滿了新的活力。n板塊構(gòu)造和大陸漂移板塊構(gòu)造和大陸漂移被生物地理學家所廣泛接受對歷史生物地理被生物地理學家所廣泛接受對歷史生物地理學發(fā)生了革命性的變化，并促使生物地理學家重新考慮分布類型。學發(fā)生了革命性

16、的變化，并促使生物地理學家重新考慮分布類型。不管對一種分布如何解釋，這個解釋最終要與地球表面的地質(zhì)學不管對一種分布如何解釋，這個解釋最終要與地球表面的地質(zhì)學歷史相一致。歷史相一致。n20世紀世紀60年代，生物地理學中已很強調(diào)進化和歷史方面的研究，強調(diào)一年代，生物地理學中已很強調(diào)進化和歷史方面的研究，強調(diào)一個類群的系統(tǒng)發(fā)育和擴散并在不同區(qū)域內(nèi)生存方式的研究。個類群的系統(tǒng)發(fā)育和擴散并在不同區(qū)域內(nèi)生存方式的研究。n在50年代后期，生態(tài)學家開始重視生物間的競爭、捕食、互惠作用在物種分布和物種共同生存從而形成生物群落中的影響。n生物地理學是一門范圍極廣的學科，一個人要對生物地理學所有方向都很熟悉是不可能

17、的。但任何一位生物地理學家都可以對這一學科的某些方面的發(fā)展做出貢獻，只有眾多的生物地理學和其他相關(guān)學科專家的共同努力才形成了真正意義上的生物地理學。第三節(jié)、歷史生物地理學一些學派的論點第三節(jié)、歷史生物地理學一些學派的論點擴散論擴散論（dispersal theory）分替論分替論（vicariance theory）兩大相對的理論兩大相對的理論n擴散論擴散論DispersalDispersal：達爾文認為，物種都達爾文認為，物種都有一個起源中心，物有一個起源中心，物種由起源中心向外擴種由起源中心向外擴散，而地理格局是不散，而地理格局是不變的。變的。祖先群和阻限穿越阻限擴散12種群分化n分替論或

18、離散論分替論或離散論（VicarianceVicariance）：）：n原來大陸是連在一起原來大陸是連在一起的，由于大陸漂移，的，由于大陸漂移，大陸之間形成了阻障，大陸之間形成了阻障，即海洋，生物在各大即海洋，生物在各大陸上分別演化成現(xiàn)在陸上分別演化成現(xiàn)在的格局。的格局。祖先種群12阻限出現(xiàn)種群分化生物地理學派n擴散生物地理學派擴散生物地理學派n離散生物地理學派離散生物地理學派進化生物地理學派進化生物地理學派(Evolutionary Biogeography）系統(tǒng)發(fā)育地理學派系統(tǒng)發(fā)育地理學派 (Phylogenetic Biogeography)泛生物地理學派泛生物地理學派 (Panbiog

19、eography)支序地理學派支序地理學派 (Cladistic Biogeography)一、擴散生物地理學一、擴散生物地理學n創(chuàng)始人是C. Darwin。他在其物種起源(1859)中提出，物種分布的主導因素是擴散，然后在擴散地由于阻限的隔離而產(chǎn)生分化，形成新的物種，隔離對生物地理區(qū)系的形成十分重要。nA. R. Wallace（1876）依據(jù)脊椎動物和陸生軟體動物的分布提出了分類學上著名的六大動物區(qū)系。nScaltter（1858）依據(jù)鳥類的分布區(qū)也得出了相似的動物分布區(qū)系。n這一學派的代表人物還有Matthew(1915)、Darlington (1957)和Simpson(1965)等

20、。起源起源中心中心舊種舊種舊種舊種新種新種新種新種A、比較原始的成員應該分布在起源中心以外的邊緣地區(qū)B、種類最豐富的地區(qū)，可能便是起源中心C、最古老的化石應分布在起源中心地區(qū)二、泛生物地理學二、泛生物地理學(Panbiogeography)(Panbiogeography)nCroizat（1952-1968）提出的，設(shè)想地球和生物是共同進化的，贊同全發(fā)生說（Hologenesis），即就是地理阻障和生物區(qū)系是同時進化的，從根本上都是隔離分化的結(jié)果。他強調(diào)“遷移是有序的、準確的、重復的”。主要方法是尋找生物分布軌跡的重合。n軌跡（軌跡（track）:是地圖上對生物的分布畫出的線，將生物單系分類單元的間斷分布地區(qū)連接起來，這些線就是軌跡。n一般軌跡（一般軌跡（general track）:無親緣關(guān)系的分類群具有同樣的軌跡，這個軌跡稱為一般軌跡（general track），它們提供了生物地理上同源性的空間標準。泛生物地理學板塊學說海底擴張分支分替生物地理學泛生物地理學的發(fā)展泛生物地理學的發(fā)展新西蘭的R. Page(1987) ，R. C. Craw(1982) 三、系統(tǒng)發(fā)育生物地理學三、系統(tǒng)發(fā)育生物地理學n對某一有機體類群確切地以其系統(tǒng)發(fā)育假設(shè)為基礎(chǔ)來推斷生物地理歷史的方法。其代表人物是Hennig(