基于系统动力学的雏菊世界模型气候控制敏感性分析

Lovelock于20世纪70年代提出了著名的盖娅假说,认为地球是一个由生物和非生物环境组成的“超级有机体”,有能力调节自身的气候和化学组成,使之适合于生物的生存.盖娅假说遭到了生物学家,尤其是新达尔文主义者的强烈批评,认为它是目的论;随后,Lovelock通过雏菊世界模型论证了该假说.模型中的黑雏菊和白雏菊通过反射较少或较多的太阳光来调节地球的温度.基于雏菊世界模型,通过假设不同的初始条件——不同初始面积分配和不同的太阳光反射率组合,运用系统动力学对雏菊世界的温度调节能力进行了敏感性分析.结果证明,既使初始条件有差异,雏菊世界仍能够通过自我调节机制调节系统稳定时的星球温度,达到最适合生物生存的温度.雏菊世界模型对于初始面积分配、光照反射率组合条件不敏感.最后,雏菊世界模型的优点在于系统分析思想和以及对地球系统的简化,但是随着人类活动对地球系统影响的日益显著,建议模型应包含更多的环境、生物变量以及反馈关系和人类活动因素,将盖娅系统融入到自然-人类耦合的大系统中.     

在当今的地球环境下看盖阿假说

盖阿假说可以分为若干亚学说 :影响的、协同进化的、地生理的、最优化的、内稳态的及自然选择的盖阿。前两个亚学说已被普遍接受 ,而后几个则争议较多。这些争论的根据何在予以述评 ,并特别指出在当今的环境条件下 ,正反馈调节机制应引起高度的重视 ;另外还分析了此假说与进化论的不一致之处。最后概括了此学说的未来发展方向。大地是人类及所有其他生物的母亲 ,我们应善待地球。     

运用“假说”开展生物膜模型建构活动的教学实践

模型和模型方法是高中生物学课程的基本内容之一。理解模型和领悟模型方法的重要方式是开展模型建构活动。这一活动应该是教师主导的、全体学生积极参与的探究性活动。提出假说、发展完善假说是这一活动的关键。     

植物防卫的碳-养分平衡假说

碳-养分平衡假说(carbon-nutrient balance hypothesis,CNBH)认为,植物组织中次生代谢物浓度受环境碳-资源有效性控制;植物体内次生代谢物按照化学计量的要求进行分配;资源分配给防卫物的必要条件是资源供应量满足植物生长需求后仍过剩。CNBH自提出以来,其适用范围不断受到限制,解释与预测研究结果的能力逐渐显现不足。期间,对CNBH进行过优化和修改,设置了多种限制条件,以期能使CNBH得到补救,继续成为指导植物-草食动物间相互作用和植物体内资源分配的相关理论。然而,随着研究的逐渐深入,CNBH被证实缺乏逻辑性和内在一致性;CNBH不能满足假说本身的发展要求,缺乏明确可行的量化指标体系,也没有明确地标识出理论预测范围与可测试范围之间的界限。研究表明,CNBH的基本假设本身是错误的;随着人们对植物-草食动物间相互作用的认知能力加强,更深刻地认识到资源在植物体内的分配模式,意识到CNBH假说的严重缺陷。在现有的植物防卫理论中,生长-分化平衡假说(growth-differentiation balance hypothesis)较为成熟,不但具有CNBH的优点,而且更具有植物生理学和进化...     

被子植物花的起源:假说和证据

达尔文的 令人讨厌之谜 ,即被子植物的起源和早期演化 ,一直是植物系统学研究领域的热点 .被子植物区别于其它植物类群的一个显著特征就是花 ,因此 ,解决被子植物的起源之谜很大程度上取决于对被子植物花器官起源的研究 .对被子植物花器官的详尽研究已经在形态、解剖、古植物、形态发生、分子等方面积累了大量的证据 ,植物学家基于这些证据为被子植物花器官的起源提出了各种各样的解释 .综述了迄今为止被子植物花器官起源的主要学说流派 ,如 :真花学说、假花学说、生殖叶学说、生殖茎节学说、生花植物学说、新假花学说、古草本学说和 ANITA学说等 .根据研究手段和获得证据的方式 ,作者将被子植物花器官起源研究划分为 5个阶段 ,并简要阐述了各个阶段的代表学说和主要研究特点     

基于功能平衡假说的玉米光合产物分配动态模拟

基于中国气象局沈阳大气环境研究所锦州农田生态系统定位观测站2004-2008年玉米各器官（根、茎和叶）生物量及相应环境因子的连续动态观测资料,检验了Friedlingstein模型在站点与日尺度上的适用性,并发展了基于施肥、土壤温度和土壤有效水分系数的玉米农田土壤有效养分系数模型,建立了基于功能平衡假说的日尺度的玉米光合产物的分配模型结果表明：与Friedlingstein模型相比,本文所建的玉米光合产物分配模型能更好地模拟玉米光合产物分配动态,为准确模拟日尺度的玉米农田生态系统生产力提供了技术支持.     

森林生态系统中植食性昆虫与寄主的互作机制、假说与证据

围绕"多样性稳定性"假说、"联合抗性假说"、"生长势假说"、"胁迫假说"、以及下调、上调和推拉等机制与假说提出的背景与实验验证的证据,力图辨析其概念以及它们之间的相互关系。作者认为,多样性-稳定性机制关注森林生态系统的功能,是基于群落甚至景观层次。多样性条件下的联合抗性机制和联合易感性应属于稳定性中的抵抗力范畴。联合抗性机制的主要基础是基于资源集中假说和天敌假说,这些观点在种群层次上更易理解;上调力和下调力机制是以食物网底部的资源与顶端的天敌来探讨这种互作关系。因此,资源集中与上调力有着对应关系,而天敌假说只是下调力机制中的一个层面而已。植物生长势假说和植物胁迫假说力图从植物个体或种的群体的生长状态出发解析植食性动物的对寄主的选择趋势。上述有关植食性昆虫与寄主互作的机制、假说与证据是基于不同的层面提出的,因而在解析研究目标时,由于基本面的差异有可能会得出不同的结论。以近年来的研究进展和研究成果为依据有针对性地阐述这些理论对森林有害生物生态调控技术的指导作用,其中,联合抗性和联合易感性理论对指导森林有害生物生态控制具有更直接的指导作用。进一步提出了相应的亟待解决的科学问题。     

鼠类对栓皮栎和锥栗种子的贮藏:验证高单宁假说

种子中的单宁影响鼠类的取食和贮藏策略.高单宁假说认为鼠类倾向于优先贮藏单宁含量高的种子、取食单宁含量低的种子.同域分布的鼠类对种子的取食和贮藏选择是否符合高单宁假说的预测尚缺乏足够的实验证据.本研究通过围栏实验研究了四川都江堰地区亚热带常绿阔叶林中的小泡巨鼠(Leopoldamyys edwardsi)、针毛鼠(Niv...     

花对称性与植物花大小的变异性:在高寒草甸植物群落检验Berg的假说

植物花对称性与传粉系统密切相关,花特征的变异性受到传粉者的选择作用。由于特化的传粉者对两侧对称的花的稳定选择,Berg假说认为两侧对称植物花大小的变异性比辐射对称植物的更低;而且,在传粉者的选择作用下花特征比植物营养特征明显有更低的变异性,因为后者更易受环境影响。该文对青藏高原东部高山草甸植物群落的50种开花植物(包括19种两侧对称植物和31种辐射对称植物)的花和叶特征进行了测定和分析。结果表明不论是两侧对称植物还是辐射对称植物,花大小的变异性都显著低于叶片大小的变异性,表明传粉者对花施加的稳定选择有利于花的稳定性。但是,辐射对称物种花大小的变异程度和两侧对称物种的相似,即使在控制物种系统发育的影响后,也没有发现显著的差异,这与Berg假说不一致。高山生态系统中传粉者种类相对较少,以熊蜂和蝇类为主,传粉者的活动受局域气候环境影响较大,因此传粉昆虫对植物花的选择作用强度可能有较大的变异性。     

药效假说在配体从头设计中的适用性探讨

在基于靶蛋白结构的多肽分子设计中,药效假说是从头设计方法的基本前提。虽然该假说是否成立已有不少议论,但尚未见到系统分析的报道。通过对８ 个蛋白质复合物界面做了氨基酸模拟图谱,并从模拟图谱的结构偏差与能量分量的关系,对药效假说的适用条件进行了讨论。同时也给出一个ＨＩＶ－ １ 蛋白酶及抑制剂复合物的功能图谱。从所得结果来看,药效假说在以氨基酸为药效基团时,尽管不少情况下仍然有效,但不是普遍成立的。     

"遗传与进化"模块中"假说-演绎法"的教学

“假说-演绎法”是高中生物课程标准在“遗传与进化”模块对高中学生提出的科学方法的要求,许多教师对假说演绎的内涵感到陌生,对其教学的落实更加困惑,因而在新课程的教学中出现忽略“假说-演绎法”的教学或者教学不到位的现象。阐述了“假说-演绎法”的含义,“假说-演绎法”在自然科学发展中的重要作用,介绍了“遗传与进化”模块中适用“假说-演绎法”教学的素材,对可供教学的典型案例做了剖析,并提出了教学建议。     

“基因的自由组合定律”中“假说-演绎法”的教学设计

阐述“假说-演绎法”的基本内涵。通过对孟德尔的2对相对性状豌豆杂交实验的深入剖析,运用“假说-演绎”的科学方法,经过“观察实验、发现问题-分析问题、提出假设-设计实验、验证假设-归纳综合、总结规律”的科学研究一般过程建立起关于2对相对性状的遗传规律。让学生对科学研究的思路和方法有了更深的认识,并能够领会“假说-演绎法”在“自由组合定律”发现过程中的方法论价值,旨在培养学生的科学探究能力。     

中域效应假说:模型、证据和局限性

物种多样性的地理格局是宏观生态学和生物地理学的核心问题之一, 中域效应假说是该领域的一项重要的理论进展。中域效应是指由于边界对物种分布构成限制, 使不同物种分布区在区域中间重叠程度较大, 而在边界附近重叠较少, 从而形成物种丰富度从边界向中心逐渐增加的格局。现有研究表明, 中域效应是影响物种丰富度格局的一种重要机制, 但其作用大小受很多因素的影响。本文介绍该假说的基本假设和模型, 模拟分析不同模型之间的差异, 并就中域效应假说所展开的争论进行综述, 指出该假说的合理性和局限性。我们认为, 中域效应假说的重要性在于揭示了几何(边界)限制和随机过程在物种多样性地理格局中的作用, 但其目前的模型和假设还过于简单, 需要在深入理解物种分布机制的基础上进行完善和发展。     

植物光合产物分配及其影响因子研究进展

植物光合产物分配受环境因子和生物因子的共同影响。为增进对植物对全球变化响应的理解, 从植物个体水平与群落/生态系统水平综述了植物光合产物分配的影响因子与影响机理的最新研究进展。植物个体在光照增强及受水分和养分胁迫时, 会将光合产物更多地分配到根系; CO₂浓度升高对植物光合产物分配的影响受土壤氮素的制约, 植物受氮素胁迫时, CO₂浓度升高会促进光合产物更多地分配到根系; 反之, 对植物光合产物分配没有影响。植物群落/生态系统的光合产物分配对环境因子的响应不敏感; 光合产物向根系的分配比例随其生长阶段逐渐降低。功能平衡假说、源汇关系假说和相关生长关系假说分别从环境因子、个体发育和环境因子与个体发育协同作用方面阐述了植物光合产物分配的影响机理。在此基础上,指出了未来拟重点加强的研究方向: 1)生态系统尺度的光合产物向呼吸部分的分配研究; 2)地下净初级生产力(belowground net primary productivity, BNPP)研究; 3)温室和野外条件下及幼苗和成熟林光合产物分配对环境因子响应的比较研究; 4)生态系统尺度的多因子控制试验; 5)整合环境因子和个体发育对植物光合产物分配格局的影响研究。     

中国石龙子母体孕期调温诱导幼体表型: 母体操纵假说的实验检测

卵胎生是由卵生繁殖模式通过逐渐增加卵滞留和胚胎在母体子宫内发育的时间进化而来的繁殖模式。有鳞类爬行动物(蜥蜴和蛇)有着较高的繁殖模式多样性,因而是研究卵胎生繁殖模式进化及其适应意义的理想动物模型。至今对于卵胎生进化的选择压力尚无定论,目前有3种关于卵胎生进化的假说受到学者的关注,其中母体操纵假说最受关注但尚未得到充分的检测。研究继1995年母体操纵假说提出之后,以栖息于温带气候环境下的卵生中国石龙子(Eumeces chinensis)为模型动物检测该假说。37条中国石龙子怀卵母体采自浙江丽水市郊。将怀卵母体分置于3个热处理中,其中12条母体提供每日14 h光照时间,13条母体提供10 h光照,其余12条母体没有任何调温机会(体温随室内环境温度而改变)。结果显示:怀卵母体选择体温向下漂移。3种处理下的雌体繁殖特征没有显著差异。长、短调温组下母体产卵时间要早于非调温组母体,但新生卵的胚胎历期没有显著差异。用5种热处理孵化卵,孵化温度分别为:1=室内波动温度孵化;2=27℃;3=24—30℃;4=22—32℃(3和4孵化处理中,孵化箱内的温度每隔1d改变1次,即卵分别在22和24℃孵化24 h,随后在32和30℃孵化24 h,每2d循环1次直至孵出);5=在实验室后院内模拟石龙子野外巢址孵化。结果显示:孵出幼体的体长、腹长和头部大小(头长和头宽)在3个母体热处理间存在显著差异,其他形态学特征不存在母体热处理间的显著差异;孵化温度以及孵化温度和母体热处理的交互作用对所有的幼体形态学特征均无显著影响。孵化温度以及孵化温度和母体热处理的交互作用对幼体疾跑速和最大持续运动距离无显著影响;但不同的母体热处理显著影响幼体疾跑速和最大持续运动距离。研究结果不仅为"热变异对在一定孵化温度范围内表型无显著变化的物种的幼体表型没有重要的修饰作用"这一假说提供了有力证据,并且支持母体操纵假说的两个主要预测:雌体在孕期通过体温漂变行为提供体内胚胎发育的最适热环境,而由母体调温行为诱导的后代表型的变异将增强后代的适合度。     

温度对中华倒刺鲃不同生理生态性能的影响:驯化有益假说的验证

驯化有益假说(Beneficial acclimation hypothesis)认为生物表型的适应性变化会增强其在诱导这些变化产生的环境中的生理机能或适合度。然而,由于动物不同生理生态性能对环境驯化的响应可能不一致,那么,测试表型性状的选择对驯化有益假说的验证就尤为关键。为此,整合表征动物生存适合度的不同生理生态性能并探究其对环境驯化的响应模式就十分必要。以我国长江中上游广泛分布的中华倒刺鲃(Spinibarbus sinensis)为对象,考察了驯化温度(18℃、28℃)和测试温度(18℃、28℃)及其交互作用对该物种有氧运动能力和无氧运动能力的影响,为驯化有益假说等相关假说的验证提供参考。研究发现,中华倒刺鲃不同生理生态性能对温度驯化的响应存在差异:(1)驯化温度对表征中华倒刺鲃无氧运动能力的快速启动游泳无显著影响(除最大加速度外)(P>0.05),研究数据倾向于支持无益假说(No-advantage hypothesis);(2)驯化温度对表征中华倒刺鲃有氧运动能力的临界游泳速度(Critical swimming speed,Ucrit)和最大代谢率(Maximum metabolic rate, MMR)影响显著(P<0.05),18℃驯化-18℃测试下的Ucrit和MMR均优于28℃驯化-18℃测试下的Ucrit和MMR,结果部分支持驯化有益假说和冷有益假说(Cooler is better hypothesis);(3)驯化温度、测试温度、游泳速度对中华倒刺鲃的运动代谢率(Active metabolic rate,MO2)和单位距离能量消耗(The energetic cost of transport, COT)影响显著(P<0.05)。值得关注的是,当游泳速度小于30 cm/s时,驯化温度对MO2和COT无影响,结果支持无益假说;而当游泳速度大于30 cm/s时,在特定的流速下经过28℃驯化的中华倒刺鲃无论在28℃还是18℃的测试环境下MO2和COT均较低,结果倾向于支持热有益假说(Warmer is better hypothesis)。研究结果提示:驯化有益假说并不具有普遍性,热驯化相关假说的验证不仅受表型性状选择的影响,而且还与测试的环境选择压力有关。     

南京1号与东非Bodo人类头骨化石:对"中心和边缘"假说的检测

"中心和边缘"假说认为非洲是人类演化的中心地区,东亚等地区是边缘地区。在边缘地区,人群的地区性形态特征出现较早,可上溯到直立人生活时期;在中心地区,人群的地区性形态特征出现较晚。Bodo人类头骨化石和南京1号人类头骨化石分别出自中心地区和边缘地区,二者年代都是距今60万年左右,二者都保留有面颅。因此,Bodo人类头骨化石和南京1号人类头骨化石是检测"中心和边缘"假说的最合适的材料。本文是对南京1号和Bodo头骨的面颅测量性特征作比较研究。研究结果表明:1.二者面颅测量性特征上的差别远大于这两个相应地区现代人群之间的差别,提示了人类的地区性体质形态差别早在60万年前就很明显;2.东亚的南京1号人类头骨和东非的Bodo人类头骨尽管同样古老,但各自与当地区的现代人群的面颅上的差异情况并不一致。Bodo头骨与东非现代人群显得差异较大,南京1号头骨与东亚现代人群显得较相近。这种相近,提示了在东亚这个"边缘地区",现代人群的面颅测量性特征可追溯到以南京1号头骨为代表的远古人类那里,而在"中心地区",现代人群的面颅测量性特征还很难与以Bodo为代表的远古人群相联系。本项研究结果与"中心和边缘"假说的推测相符合。     

转基因小麦在争议中前行

农业在科学飞速发展的今天不断地进步，但粮食的供应却依然赶不上人口的剧增。那么小麦作为世界上栽培面积最大的粮食作物，提高它的产量和改善其品质就显得格外重要。可喜的是，小麦遗传育种工作者潜心攻关，大胆探索，默默耕耘，在转基因小麦改良方面取得了突破性的进展，带来了作物栽培历史上一次重大的变革，为解决粮食问题带来了可能。     

AD发病机制的新探索:轴浆运输障碍假说

阿尔采末病(Alzheimer's disease,AD)是一种以老年斑、神经纤维缠结、突触密度减少和神经元丢失为主要病理改变的神经退行性疾病.目前对该病发病机制解释普遍接受的是淀粉样沉淀假说.而最新研究发现,早在β淀粉样多肽(Aβ)沉积和神经纤维缠结出现之前就有另一种病理改变,即轴突肿胀的出现.并且这一病理改变是由轴浆运输障碍引起的,最终可以导致Aβ沉积、突触功能障碍等其它AD相关的病理变化.据此推测,各种原因引起的轴浆运输障碍导致了AD的发病.本文通过介绍轴浆运输假说及其相关实验依据,对近年来AD发病机制的最新研究进展和尚待解决的问题作一综述.     

空间和平衡理论在景观生态学中的发展和应用

传统生态学承认生态系统中平衡、稳定状态的存在 ,“自然平衡理论”是其集中体现。而近 30年来 ,非平衡理论的出现 ,使得人们对生态系统的认识发生了彻底的改变。非平衡理论认为 ,偶然事件 (如干扰等 )在生态过程中起着重要作用。随着认识的转变 ,对生态过程中的“空间”和空间异质性的理解也发生了变化 ,传统生态学总是试图回避空间动态和空间异质性问题 ,而着重强调时间格局的重要性。但在近 2 0年来 ,空间格局则得到了广泛重视。空间理论及空间格局的研究表明 ,空间异质性既可能增加生态系统和生态过程的稳定性 ,也可能降低其稳定性。分析两种变化趋势 ,指出了它们的相互关系 ,同时讨论了空间理论的发展及其在景观生态学中的应用 ,并阐述了生态平衡的含义。