生物的基本特征与生态作用课件

生物的基本特征与生态作用欢来态课这课们将迎到《生物的基本特征与生作用》程在门程中，我深入讨们态过探生物体的基本特性以及它在生系统中所扮演的重要角色通系统习将络这学，你理解生物如何在地球生命网中相互作用，以及些互动如何塑们赖态造了我所依的生系统课养对态时本程旨在培你生物学的基本概念和生学原理的深入理解，同探索过这赏生物多样性如何支持地球上的生命系统希望通个旅程，你能够欣生杂认识物世界的复性和美丽，并到保护生物多样性的重要性生物学研究的意义推动医学进步解决环境问题驱动经济发展为疗过环关术产为战生物学研究疾病治提供了科学基通研究生物与境的互动系，科生物技业已成国家略性新兴础开疗开续资产领创，从疫苗发到基因治，生命科学家能够发更可持的源利用方业，在医药、农业、能源等域让断应对丧将学人类健康水平不提高最新统式，气候变化和生物多样性失造了巨大的经济价值中国已生物计显术领应战术为术为战示，生物技在医药域的用等全球性挑生物修复技已成技列十四五重点发展的略性过环产资规已使全球平均寿命提高超20年境治理的重要手段新兴业，投模逐年增长什么是生物？基本定义丰富多样计生物是指具有生命特征的实根据2024年最新统，科学进陈谢认过体，能够行新代、生长家已经确并命名了超对环产发育、繁殖和境刺激生1000万种生物，而实际存在应观细观反从微的菌到宏的的物种可能高达1亿种，其中蓝鲸畴现记录，都属于生物范大部分尚未被发和共同祖先尽态过管形和功能各异，但所有生物都共享基本的生化特性和生命这们来过进历程，表明它可能源于同一个祖先，通漫长的化程形成了今天的多样性基本特征细胞结构——细胞理论细胞多样性细胞内部结构细结单约细为细遗传质进胞是生物体的基本构和功能位人体有

37.2万亿个胞，分200多种每个胞都包含物和行生命活论单细还杂细细态细线产无是胞生物是复的多胞生不同类型，每种胞都有特定的形和动所需的各种胞器粒体生能细组细细细显区内质质负责物，都由一个或多个胞成胞理功能植物胞与动物胞有明量，网合成蛋白，高尔基体论现础别细细绿质这是代生物学的基，揭示了所有生，如植物胞具有胞壁和叶体，加工和运输物，些精密的小工厂组细则没协维物的共同织特点而动物胞有同工作，持生命活动基本特征新陈代谢——同化作用异化作用将简单质转为杂质过杂质为简单质释生物体物化复物的生物体分解复物物并放过细将程，如光合作用中植物利用二氧化碳和能量的程，如胞呼吸葡萄糖分解为水在阳光能量的帮助下合成葡萄糖二氧化碳和水物质循环平衡调节过陈谢质过调通新代，生物参与自然界的物生物体通精确控同化和异化作用的环态质维内环稳态续循，推动生系统的能量流动和物比例，持境和持的生命活转换动基本特征遗传与变异——遗传基础1为遗传载过过将亲传DNA作信息的体，通复制程基因信息从代精确递给状稳链数计子代，确保生物性的定性每条DNA包含以亿的碱基对储，存着生物体发育和功能所需的全部信息变异机制2组产为进环基因突变和重生生物变异，化提供原材料突变可能由境辐质过数因素如射、化学物引起，也可能发生在DNA复制程中大多数选择突变是中性或有害的，但少有益突变可能被自然保留经典实验3过验现遗传规对对状孟德尔通豌豆实发了基本律他研究了七相性，状颜过计如植株高矮、种子形和色等，通精确的统分析，揭示了分离组现遗传础律和自由合律，奠定了代学基基本特征生长发育——胚胎发育开细组从受精卵始的初期快速胞分裂和织分化幼年生长2积体和重量迅速增加，建立基本器官系统成熟分化组织和器官功能完善，达到生殖能力衰老过程渐终导功能逐下降，最致死亡线显约线缓剧趋缓这过小麦的生长曲示，在适宜条件下，从种子萌发到成熟需要120天生长速率呈S形曲，初期慢，中期急加快，后期于平一程遗传环调规受因素和境条件共同控，展示了生物生长发育的一般律基本特征应激性——应对产应这应环应应激性是生物外界刺激生反的能力，是生物适境的重要特征不同类型的生物展示出各种形式的激反，从植物的向杂为光性到动物的复行模式应应当时闭这过这应过细内含羞草是植物激反的典型例子受到触碰刺激，含羞草叶片会迅速合，一程只需不到1秒种反是通胞的电现应应应对环信号和水分运动实的，可能有助于防御食草动物激反使生物能够境变化，增强生存能力基本特征繁殖——势繁殖方式主要特点代表生物优数遗传有性生殖涉及配子融合大多高等动植物增加多样性资无性繁殖不需要配子融合水螅、酵母、草莓速度快、源消耗少单寻性生殖无受精的卵发育蚜虫、蜜蜂无需找配偶过传藓传孢子繁殖通孢子播蕨类、苔、真菌广泛播能力验独这过细植物插枝实是无性繁殖的典型案例研究表明，从母株切下的枝条在适宜条件下可以发展出完整的根系，形成新的立植株一程展示了生物体胞分化的可塑性和生物繁衍后代的多样策略基本特征运动——植物的趋向性运动动物的主动运动细胞水平的运动虽们过过缩产现观内然植物固定在一处，但它能通生长动物通肌肉收生的力量实身体位即使在微尺度，生物体也存在着各种现盘猎陆细内质赖质方向的改变表出运动向日葵的花从置的改变豹是地上速度最快的动运动胞的物运输依于蛋白马转时这细线绿细早晨到傍晚会随着太阳的位置变化而物，短距离冲刺可达每小110公里，达和胞骨架，粒体、叶体等胞器时转约这趋猎细内们动，每小旋15度，种光性运动种高速运动能力是捕和逃避捕食者的重可以在胞移动到需要它的位置，呈们应现态质使它能最大限度地吸收阳光能量要适性特征出生命的动本基本特征自我调节——感知变化检测内当环人体和犬类都拥有温度感受器，能够部和外部温度变化境温度变化时肤内将传脑调脑，位于皮和体的温度感受器信号递到大的体温控中心—下丘中枢处理脑进较约为下丘接收温度信号并与设定点行比人类体温设定在37°C，而犬类38-当时脑调节39°C实际体温偏离设定点，下丘触发机制以恢复平衡效应反应时过热则过热高温，人类主要通出汗散，而犬类通喘息和舌头散（因缺乏大量汗时过颤产热还过竖腺）低温，两者都通肌肉抖生量，但犬类能通毛发起增加保温层平衡恢复过这调节环维对稳内状态这通些自动机制，生物体能在各种境条件下持相定的部稳态维应环关键区别种持是生物适境变化的能力，也是于非生命体的重要特征非生物与生物的比较生命的边界议病毒位于生命与非生命的边界，引发科学界的分类争病毒的特性遗传质细结独谢具有物但缺乏胞构，无法立代和繁殖生物的标准细结谢真正的生物拥有胞构、自主代能力和自我复制能力归议为约遗传独新冠病毒（SARS-CoV-2）是病毒类争的典型案例作一种RNA病毒，它包含30,000个核苷酸的信息，但不能立生存须细内当进细细来这和繁殖，必寄生在宿主胞入人体胞后，它会劫持胞的生物合成机制复制自身，种介于生命和非生命之间的特性为独对使病毒成生物学研究的特象生物界的六大类群原核生物界原生生物界细单细细单细简单细无胞核的胞生物，包括菌和古菌它胞或多胞的真核生物，如变形虫、们现数们态为级是地球上最早出的生命形式，也是量最草履虫等它在水生生系统中常作初态费进历过多的生物类群，在生系统中扮演重要角色消者，也是化史上的重要渡类群病毒界真菌界细态遗传质须过非胞形的物复合体，必在宿包括蘑菇、霉菌、酵母等，主要通分解细内虽议获营养态为主胞复制然分类上有争，但病有机物取真菌在生系统中作对态进进质环时许毒生系统和生物化有重要影响，如分解者，促物循，同与多植物调数关控微生物种群量形成互利共生系动物界植物界细养简单绵杂进细藓多胞异型生物，从的海到复的哺能行光合作用的多胞生物，从苔到被子为应为级产为态乳动物动物具有多样的行和适性，在生植物作主要的初生者，植物生系态为级费传础时调节环系统中作各消者，参与能量递和物统提供能量基，同气候和水循质环循细胞的起源与演化地球形成（约46亿年前）环恶辐频陨击渐为创地球形成初期境劣，高温、强射、繁的火山活动和石撞，不适合生命存在随着地球冷却，原始大气和海洋逐形成，生命起源造了条件2化学演化（约40-38亿年前）简单这进链无机分子在能量作用下形成有机分子，如氨基酸和核苷酸些分子一步聚合成多肽和核酸，形成具有自我复制能力的原始分子系统原始细胞形成（约38-35亿年前）质遗传质环细结这细结开现脂分子自发形成囊泡，包裹原始的物和催化分子，构成了具有隔离境能力的原始胞构些前胞构始展生命的基本特征原核生物出现（约35亿年前）细现们细结谢没细细最早的真正生命形式——类似菌的原核生物出它已具备完整的胞构和基本的代系统，能够自我复制，但有胞核和膜性胞器真核生物出现（约21-18亿年前）过内细渐为细这导细细细现杂显通共生作用，一些原核生物被其他胞吞噬但未被消化，逐演变胞器致了具有胞核和多种胞器的真核胞的出，生命复度著提高单细胞与多细胞生物区别单细胞生物特征多细胞生物特征单细仅细这细数细组这细胞生物如草履虫、变形虫和酵母菌，由一个胞构成多胞生物由成千上万甚至万亿个胞成，些胞分化成单细须执获营养组执专细过细个一胞必行生物体所有的生命功能，包括取、代不同类型，形成各种织和器官，行门功能胞间通谢们显镜观连进协调这、排泄和繁殖等它通常体型微小，需要借助微才能胞接和信号分子行交流，活动种分工合作大大提高应环应察，但适能力强，可以在多种境中生存了生物体的效率和适性单细简单过产细现约胞生物的生活史，繁殖速度快，主要通分裂方式生多胞生活形式出于10亿年前，代表了生命演化的重要飞肠细结许杂为新个体例如，在理想条件下，大杆菌每20分钟就能完成一跃多胞构允生物体发展更大的体型和更复的行，从数数级态带来细调战次分裂，量呈指增长而占据更多生位，但也了胞增殖和分化控的挑生物体内物质组成细胞的生命活动细胞周期概述细细过胞周期是胞从形成到分裂的完整程，包括间期G

1、S、G2和分裂期M细细为时期整个周期长短因胞类型而异，人体胞平均24小间期占周期时细阶为90%以上的间，胞在此段生长并复制DNA，分裂做准备有丝分裂过程丝细细获遗传有分裂是体胞分裂的主要方式，确保子胞得完全相同的信这过为阶过息个程分前期、中期、后期和末期四个段，通精确的染色体细产遗传细复制和分离，使一个母胞生两个学上相同的子胞细胞分裂调控细严调检调当调胞分裂受到格的控，包括多个查点和控蛋白控机制失时导细细效，可能致胞异常增殖例如，在癌胞中，p53等抑癌基因的细导肿突变使胞逃脱正常的生长抑制，致无限制分裂和瘤形成新陈代谢实例光合作用——光能捕获绿绿获叶体中的叶素分子捕光能，激发电子水分解释质光能促使水分子分解，放氧气、电子和子ATP产生传链产还电子递生化学能（ATP）和原力（NADPH）碳固定将转为利用ATP和NADPH二氧化碳化葡萄糖过绿过这过约光合作用是地球上最重要的生化程之一，每年全球色植物通一程固定产当数这仅满

1.7×10¹¹吨二氧化碳，生相量的有机物些有机物不足植物自身生长需还为来时释为要，几乎所有其他生物提供了能量源，同放的氧气也需氧生物的呼吸提供了支持新陈代谢实例呼吸作用——糖酵解细质为产胞中葡萄糖分解丙酮酸，生少量ATP柠檬酸循环线为产还粒体中丙酮酸完全氧化二氧化碳，生原力电子传递链还过产原力通氧化磷酸化生大量ATP获径过释将转为细呼吸作用是生物体取能量的主要途，通分解葡萄糖等有机物放化学能，并其化胞能直接利用的ATP一分子葡萄糖在有产仅产氧条件下可生30-32个ATP分子，而在无氧条件下能生2个ATP昼进产进动物和植物的呼吸作用存在夜差异植物白天行光合作用和呼吸作用，但光合作用氧大于呼吸作用耗氧；夜间只行呼吸作用，消释则续维稳应耗氧气并放二氧化碳动物全天持呼吸，持定的能量供激素调节与反馈刺激信号激素分泌内环调节内释进环外境变化触发系统启动，如血分泌腺放特定激素入血液循系岛糖升高刺激胰素分泌统负反馈调节靶器官反应数继续应生理参恢复正常后抑制激素分泌激素作用于特定靶器官引发生理反调节负馈当时细岛进脏组当血糖是反机制的典型例子血糖升高，胰腺β胞分泌胰素，促肝、肌肉和脂肪织吸收葡萄糖，使血糖下降围时细进这调节维对稳血糖低于正常范，胰腺α胞分泌胰高血糖素，促肝糖原分解，使血糖升高种相互拮抗的双向确保血糖持在相定围内的范遗传与变异的科学研究生长发育的分子机制生长素进细调应当浓进侧浓则侧这浓赖应为促胞伸长和分化，控植物向光性、向地性等向性反适度的生长素可促根发生和果实发育，高度抑制芽生长，种度依效使其成调节剂广泛使用的植物生长赤霉素茎进过细显进调开时刺激的伸长生长，打破种子休眠，促果实发育赤霉素通增强胞分裂和伸长，能著增加植物株高农业上常用于增加果实大小、促发芽和控花间生长激素调别导过则现过组术产疗人体垂体分泌的生长激素控整体生长发育，特是在青春期缺乏会致侏儒症，多引起巨人症代医学通基因重技生人工生长激素，用于治生长激素缺乏症和其他生长障碍应激性的生理基础感受刺激觉觉觉将转换为各种感受器如视、听和触感受器接收外界刺激，其神经冲动不同感对锥细对应产受器特定刺激类型敏感，如视胞光的波长做出反，生色彩感知神经传导觉维传枢过质传这神经冲动沿着感神经纤入中神经系统，在突触处通神经递递信号过维传导对应一程速度极快，某些神经纤的速度可达100米/秒，确保危险的迅速反内分泌响应肾内应状态释肾这过环上腺等分泌腺在激下放激素如上腺素些激素通血液循到达全为应对压身，引发一系列生理变化如心率加快、血糖升高，力做准备效应器反应应应应对时紧肌肉和腺体等效器根据神经或激素信号做出相反例如，面危险，肌肉张战这战应应环压准备逃跑或斗，种或逃反是动物适境力的基本机制无性繁殖应用克隆技术原理过组养细单产遗传通织培、体胞克隆等方式，从一母本生完全一致的这术细单细当后代些技利用了植物胞全能性，即个体胞在适条件下可发育成完整植株的能力高产作物培育亩产创纪2022年中国培育的最高水稻品种达

1603.9公斤，造世界录这选术证遗传状一成就依靠优良品种的育和克隆繁殖技，保了性稳传现积产的定递，实大面高珍稀植物保护对濒进组养数危植物行织培和快速繁殖，有效提高种群量例如，通过养术濒离体培技，中国科学家成功繁殖了世界上最危植物之一的海为南穗花杉，物种保护提供了有力支持有性繁殖的优越性遗传重组机制过数过将来亲进组过有性繁殖通减分裂和受精程，自不同本的基因行重新合每个配子形成换组时结产遗传组程中的联会、交叉互和自由合，以及受精配子随机合，共同生几乎无限的合可能性多样性优势数这研究表明，有性繁殖种群的基因多样性指比无性繁殖种群高出35-60%种多样性使种环时时灭绝群中至少有部分个体能在境变化存活，防止全体同因相同弱点而抵抗病原体产遗传对进验有性繁殖生的变异可以帮助抗快速化的病原体在寄生虫感染实中，有性繁殖种群比无性繁殖种群的存活率平均高出22%，表明其具有更强的抗病能力适应环境变化显环压这长期研究示，在境力下，有性繁殖种群的演化速率比无性繁殖种群快2-3倍种快应剧为速适能力在气候变化加的背景下尤重要，可能决定物种的存亡植物运动实例向日葵的趋光性含羞草的触发运动猪笼草的捕食运动约内闭笼过笼笼向日葵幼苗每天可随太阳移动180度，含羞草叶片受触碰后在1-2秒迅速合，猪草通特化的叶片形成捕虫，口转这这当笼从东向西动，夜间又恢复到东方位置是目前已知最快的植物运动之一种有蜜腺分泌甜液吸引昆虫昆虫落入这茎细匀应数显种运动由部胞不均生长引起，向快速反不是由生长引起，而是由特殊的中，滑落到装有消化液的底部据侧细侧细内转导笼笼日葵背光胞生长速率比向光快，造运动胞离子流动和水分迅速移致示，一株成熟猪草每个捕虫每周可捕盘这这对获这应成整个花朝向太阳研究表明，种追的种机制使植物能够机械刺激做出2-5只昆虫，种肉食性适帮助植物在为约时应贫获额光行可使光合效率提高30%即反，可能有助于防御食草动物瘠土壤中取外的氮元素动物行为与环境适应候鸟迁徙的触发机制时辅获候鸟迁徙主要由日照间变化触发，以温度和食物可得性等因素鸟类体内时内的生物钟能感知日照间的微妙变化，促使体激素水平改变，引发一系列储结生理准备，如增加脂肪备、改变消化系统构等迁徙路线的确定约数过亚洲-澳大利亚迁徙系统覆盖22个国家，涉及50种迁徙水鸟，总超这应导标识别5000万只些鸟类依靠地磁感、星象航和地等多种方式确定线鹬断迁徙路一些物种如大杓可不间飞行11000公里，从阿拉斯加直飞兰导新西，展示了惊人的航能力迁徙的生态意义仅应节环对态产候鸟迁徙不是动物适季性境变化的策略，也生系统生深远过传连态影响候鸟在迁徙程中播植物种子和小型生物，接不同生系们还调维湿态数统它控昆虫种群，持地生平衡研究表明，迁徙鸟类为态状标量的变化可作生系统健康况的重要指自我调节的极端案例37°C正常体温北极熊非冬眠期的正常体温，与人类相似31°C冬眠体温冬眠期间降低的核心体温，减少能量消耗75%代谢率降低状态显谢相比正常活动的著代降低比例个月6冬眠持续时间时怀孕雌性北极熊在洞穴中的冬眠长调节进过时还北极熊展示了哺乳动物自我能力的极致怀孕的雌性北极熊能在几乎不食、不排泄的情况下，在冰雪洞穴中度漫长冬季，同要这状态唤觉应环妊娠、分娩和哺乳幼崽种非典型冬眠与真冬眠动物不同，北极熊可以迅速醒并保持警性，展示了生物适极端境的惊人能力生物体循环系统心脏泵血动脉运输脏约约人体心每分钟泵出5-6升血液，每天过组含氧血液通动脉系统输送到全身织和器官8000升静脉回流物质交换过静脏环细进营养废换脱氧血液通脉系统回到心，完成循在毛血管网行气体、物和物交约当绕这庞环脏组组细获人体血液每天在血管中行程20万公里，相于地球赤道5圈个大的循系统由心、血管和血液三部分成，确保织胞得充足的氧气和营养时谢废环赖内调节应状态，同清除代物循系统的高效运作依于精确的神经和分泌，以适不同生理的需求环现应单环简单较环谢颈则不同生物的循系统表出多样的适性鱼类的循系统但效率低，而鸟类的双循系统高效支持飞行所需的高代率长鹿发展出特殊压调节带来战脑的血机制，克服重力的挑，确保血液到达高处的大生物与非生物系统的交互能量输入为级来态过获转约为太阳能作初能量源流入生系统，被植物通光合作用捕化地球表面每年接收的太阳能

5.6×10²⁴焦耳，但只有

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0.2%被植物利用，形成生物量生物转化过陈谢将环质转为组将转为则进转环这质时释生物通新代境中的物和能量化生物体分植物无机碳化有机碳化合物，动物和分解者一步化和循些物，同放能量物质循环环环矿质摄残将闭环碳、氮、磷等元素在生物群落和非生物境之间循流动植物吸收土壤物，动物入植物，分解者分解有机体，元素返回土壤，形成合循能量散失热传过级终热环态续维结质环根据力学第二定律，能量在递程中逐减少，最以能形式散失到境中生系统需要持的能量输入才能持其构和功能，不同于物可以循利用生态系统的结构组成顶级消费者态占生系统生物量的1%，如大型肉食动物中级消费者态占生系统生物量的5%，如食草动物、小型肉食动物初级生产者态绿占生系统生物量的84%，如色植物和藻类分解者态细占生系统生物量的10%，如菌、真菌态环态单组为产费们过链生系统由生物群落和其物理境共同构成，是研究生学的基本位生物分按照功能可分生者、消者和分解者三大类群，它通食物和食物杂营养结网相互联系，形成复的构态级产这结态规传在各类生系统中，生物量分布呈金字塔形，初生者占据最大比例种构反映了能量在生系统中的流动律，由于能量递效率通常只有10%左营养级数较较右，因此高生物量和生物量少，但个体通常大，活动能力也更强生态系统功能能量捕获能量流动将转为态过链单级传约光合作用太阳能化化学能，形成生能量通食物向流动，每递效率础为系统能量基10%生态调节物质循环维态稳调节生物多样性持生系统定性和自我环环水、碳、氮等元素在生物和境间循流动能力环数陆态约约释约导根据2023年最新碳循模型据，全球地生系统每年吸收120亿吨碳，海洋吸收90亿吨，而人类活动放100亿吨碳，致大气中碳含净这环驱当态临战量增加种碳循失衡是气候变化的主要动因素，也是前生系统面的重大挑态当结时态维质环对环缓当关键生系统功能强大而脆弱物种多样性高、构完整，生系统能有效持能量流动和物循，并境变化具有一定冲能力；但态剧溃现线应物种减少或消失，生系统功能可能急下降甚至崩，表出非性响特征主要生产者绿色植物光合作用效率生态系统服务态级产过将转绿仅链础还态植物是生系统的主要初生者，通光合作用太阳能化色植物不是食物的基，提供多种生系统服务全球为辐约产约约为化学能地球表面每年接收的太阳射能中，只有

0.05%被森林每年生16万亿立方米氧气，吸收25%的人碳排这过产产过腾缓植物固定一看似低效的程实际生了惊人的生力，全球放植物通蒸作用影响局地气候，森林可增加降雨并和温过约为态创环植物每年通光合作用固定1200亿吨碳，生系统提供能度波动，造适宜的生存境础量基缓击植物根系固定土壤，防止水土流失；叶片减雨滴冲，降低地显径显蚀不同植物的光合效率存在著差异C4植物如玉米和甘蔗的光表流研究示，健康的植被覆盖可使土壤侵率降低90%这们进还过净质合效率几乎是C3植物如水稻的两倍，种差异源于它化出以上此外，植物通化空气、水和提供栖息地等方式，径态的不同碳固定路，使C4植物能更高效地利用高温和强光条支持生物多样性和生系统健康件消费者分级初级生产者过草原植物如禾本科草类，通光合作用固定太阳能一级消费者为草食动物如象、羚羊等，直接以植物食二级消费者狮肉食动物如子，捕食草食动物三级消费者/顶级捕食者秃鹫费为如，以其他消者尸体食，或大型掠食者态费级结约为态这级费将非洲草原生系统展示了完整的消者分构一头成年非洲象每天可消耗150-250公斤植物，成生系统中最大的植食性动物些一消者植物能量转为链层传化动物生物量，向食物上递能量狮为级费猎狮进猎秃鹫则链顶将子作二消者，通常狩群居草食动物，一个群平均每3-4天行一次大型食活动等清道夫处于食物端，分解动物尸体，能量重新分配这级费结传络时调数维态种多消者构形成了有效的能量递网，同控各类群的种群量，持生平衡分解者生态作用物质转化者能量释放者细将过储约分解者，主要是真菌和菌，复分解程中，有机物中存的60-杂转为简单释为热有机物化无机物，完成80%能量被放能，只有少部态质环环节转为这生系统物循的最后一分化分解者自身生物量种数细释态克森林土壤中可含有十亿菌和能量放完成了生系统能量流动数丝们终阶千米真菌菌，它共同分解落的最段温度每升高10°C，分释约热带区叶、动物尸体和排泄物，放出植解速率增加一倍，因此地钾营养带物可重新利用的氮、磷、等的有机物分解通常比寒快10-100元素倍土壤形成者将残转为质结带分解者有机体化腐殖，改善土壤构和肥力一片健康的温森林过将约顷转为养每年可通分解作用，5-10吨/公的有机物化土壤分某些真菌还杂质维这质对数难能分解复的木素和纤素，些物多生物以利用，但构成植物生物量的主要部分生态系统食物链海洋食物链链为级产这产约为态础摄海洋食物以浮游植物初生者，些微小的光合生物每年生500亿吨有机碳，整个海洋生系统提供能量基浮游动物食浮游植物，鲸则链顶小型鱼类捕食浮游动物，大型鱼类和海洋哺乳动物如类处于食物端森林食物链带链树级费为鹰级别树产约温森林食物始于木和灌木，次消者如松鼠和鹿以植物食，猫头和狼等捕食者构成更高一棵成熟橡每年可生70万粒橡子，约数这维级支持100只松鼠或同等量的其他食草动物，些又可持少量高捕食者农田食物链态链较啮敌组链为预农田生系统的食物通常短，由农作物、草食性昆虫和小型齿类动物、天如蛇和猛禽成农田食物的特点是人干强，能量流向主要约损敌数由农业管理决定害虫如蚜虫每年可造成全球10-15%的作物失，但天如瓢虫可有效控制其量食物网与稳定性简单链态营养关层络带食物网比食物更准确地反映了生系统中的系，展示了多次、交织的能量流动网一个健康的温森林食物网可包数数连营养关杂络结含百个物种和千条相互接的系，形成复的网构杂态稳关态当时研究表明，食物网的复性与生系统定性密切相多元食性增加了生系统的冗余度和恢复力，某一物种减少，捕食者可转来轻对单压验数显连约向其他食物源，减一物种的力实据示，食物网接度每增加10%，系统受干扰后的恢复速度平均提高15%，杂缓环带来击表明复食物网能更有效地冲境变化的冲物质循环碳循环920Gt大气碳储量₂以CO形式存在的碳总量38000Gt海洋碳储量主要以溶解无机碳形式存在2000Gt土壤碳储量质储以有机形式存的碳

2.4Gt亚马逊年吸收量当为相于全球人排放的5%环环过连陆过约碳循是生物地球化学循中最重要的程之一，接了大气、海洋、地生物圈和岩石圈植物通光合作用每年从大气中固定1200亿吨碳，时过释约环同生物呼吸和分解程放1170亿吨碳返回大气，形成基本平衡的自然循逊陆汇陆汇约显顷逊约来亚马雨林是地球上最大的地碳之一，占全球地碳的20%研究示，一公原始亚马雨林每年可吸收

1.5-

2.0吨碳然而，近年逊汇区转为这对产显由于森林砍伐和气候变化，亚马的碳功能正在减弱，部分域甚至已变碳源，一变化全球碳平衡生了著影响物质循环氮循环氮固定氮同化转为铵态细铵态态大气氮气化氮，由固氮菌或工业合植物吸收氮和硝氮，合成氨基酸和蛋白现质成氨实硝化和反硝化氮矿化导还过终微生物介的氧化原程，最部分氮返回将转为铵态分解者有机氮化合物化氮大气质组尽稳数氮是生物体蛋白、核酸等重要大分子的成元素，也是植物生长的主要限制因子管大气中氮气含量高达78%，但由于其化学定性，大多生物无须将转为法直接利用，必依靠固氮生物其化生物可利用形式显环产环约费人类活动已著改变全球氮循化学合成氨的工业生每年向境中添加

1.2亿吨活性氮，几乎等于自然固氮量中国是全球最大的化肥消国，占约仅为导严环问题营养全球氮肥使用量的38%，但利用效率30-35%，致重的境如水体富化和温室气体排放增加能量传递效率生态位理论资源分配与专业化竞争排斥原理生态位与生物多样性态论认为态竞态态生位理，每个物种都占据着生根据争排斥原理，两个生位完全相同生位分化是生物多样性的重要机制研独资显热带态系统中特的功能角色和源使用方式的物种无法在同一栖息地长期共存，必然究示，一个健康的雨林生系统中这论证这导挤灭绝数态达尔文雀是一理的经典例，些分致一方被排或野外研究表明，可能存在千个微生位，支持高度的物岛当时们过当来态布在加拉帕戈斯群的雀类从共同祖先演两个相似物种共存，它往往会通种共存外入侵种占据本地物种生应为态调来竞时导灭绝化出14个不同种，每种都具有适特定食行、形或生理整减少争重叠，位，可能致本地种群减少甚至，资态态现觅时态稳物源的喙部形形成生位分化，如出不同的食间降低生系统功能和定性选择或微栖息地群落结构与演替先锋群落1环藓这应在裸露境中首先定植的物种，如地衣、苔和一年生草本植物些生物适能力强，为续创区生长迅速，能改善土壤条件，后物种造条件裸岩域的初始演替通常需要5-20年简单才能形成的草本群落中间阶段2渐树桦杨树这阶草本植物逐被灌木和速生种替代，如木、等一段物种多样性迅速增加，积续带区这阶续生物量累加速，土壤肥力持提高在温地，一段通常持20-50年，形成次生林顶极群落3终阶对稳态带区阔顶演替的最段，形成相定的生系统，如温地的叶林原始极森林的形成这阶态通常需要100-300年一段生物多样性和生系统功能达到最高水平，生物量和能量趋流动于平衡为关热带区原始林次生演替的速率与自然条件和人干扰程度密切相研究表明，在雨林地，砍伐后的次生内约储演替可在50-80年恢复80%的物种多样性，但生物量恢复可能需要100年以上森林碳量的恢复更为缓汇约为顷储慢，次生林每年碳能力2-4吨/公，完全恢复原始林碳量可能需要150-200年生物多样性的价值生态系统稳定性态对过研究表明，物种丰富的生系统干扰的恢复能力平均高出30-50%多样性通提供功能冗态对为韧态续余，增强生系统气候变化和人干扰的性，确保生系统服务的可持性医药资源约质计仅40%的处方药源自自然物，而科学家估研究了不到10%的植物物种的药用潜力每产开来场数年有3-4种新药从自然物中发出，市价值十亿美元农业与食品安全亲缘为贵资应过农作物野生种育种提供宝基因源，增强作物抗病性和适性去50年，野生种质资为产贡约过源全球农作物量提升献了30%的增长，价值超1000亿美元文化与伦理价值载约语环关生物多样性承着文化多样性，全球6000种言与特定的生物境相联保护生物多样现伦责孙们资性也体了人类的理任，确保子后代享有与我同等的自然源红录计评临灭绝胁据2023年IUCN色名统，全球已估的142,500个物种中，有40,084种28%面威，这数显紧其中包括41%的两栖类、25%的哺乳动物和14%的鸟类些据凸了生物多样性保护的迫性对远及其人类福祉的深影响生物对环境的反馈植被对气候的影响动物对生态系统的塑造过腾释逊称为态师过觅植物通蒸作用向大气放水分，影响局地降雨模式亚马大型食草动物如大象被生系统工程，通食和迁过腾释约产观结过树创开阔雨林每年通蒸向大气中放20万亿升水，生飞行河流徙塑造景构在非洲草原，大象通推倒木造草现为内陆区约进当这关键时态象，南美洲地提供30-50%的降雨研究表明，地，促草食动物多样性些物种减少，整个生系规导区结转大模森林砍伐可致域降雨减少15-30%，改变整个气候系统构可能发生变统导环鲜草原退化致的动物迁徙模式改变是生物-境相互作用的明还过证植被覆盖通反照率albedo和碳固定影响地球能量平衡例在东非，由于栖息地碎片化和气候变化，200万只角马的扩张虽汇辐传线缩约时约这进北方森林然增加了碳，但因减少了雪地反射的太阳统迁徙路已短40%，迁徙间提前2周些变化产净应环杂杂馈环射，可能生变暖效，展示了生物-境互动的复性一步影响植被恢复和捕食者分布，形成复的反循生态服务功能授粉服务约赖别这态创约全球75%的主要农作物依动物授粉，特是昆虫一生服务每年造2250亿美元贡导产约质的经济价值，其中蜜蜂献最大研究表明，授粉不足可致作物量减少40%，品下降30%水质净化湿态过过滤过净质顷湿约地生系统通物理和生物化学程化水，一公健康地每天可处理7000立这净湿质净方米污水种自然化能力大大降低了人工水处理成本，全球地的水化服务价值估计币每年达47000亿元人民自然灾害缓冲红树态缓计显林和珊瑚礁等沿海生系统能减海浪能量，降低洪水和风暴潮风险统示，健康红树为区约币的林可减少高达80%的波浪能量，沿海社提供每年3400亿元人民的防护价值气候调节过腾调节树当森林通碳固定和蒸作用气候城市木覆盖每增加10%，地温度平均降低

0.2-进调约态约约

0.8°C，而减少空能耗5-10%全球森林生系统每年吸收20亿吨碳，价值4万亿币元人民生态破坏与恢复亿亩

4.

831.1%恢复林地面积森林覆盖率增长计积区三北防护林工程累造林面工程森林覆盖率从前期

5.05%提高至

36.15%万80%6000沙尘天气减少受益人口来尘频显态环区产工程实施以沙暴发生率著下降改善生境，提高域生生活条件态项来区约宽约态过规术创三北防护林工程是全球最大的生恢复目之一，自1978年启动以，已在中国北方13个省建设了一条东西长4480公里、南北560-1460公里的生屏障通科学划和技新，工程成功区规蚀扩在干旱半干旱地大模恢复了森林植被，有效控制了土壤侵和沙漠化展态规历单树数质转乔则乔则则态应生恢复的成功需要遵循自然律，采用系统方法三北工程经了从一种到混交林、从追求量到注重量的变，逐步形成了宜、宜灌灌、宜草草的生适性恢复策略2023年评显区约养规态显最新估示，工程年固碳量

1.4亿吨，水源涵能力提高38%，展示了大模生恢复的著效益典型生态系统案例誉为过轻态这区青藏高原被世界第三极和亚洲水塔，平均海拔超4000米，拥有地球上最年而脆弱的高原生系统一地拥有2000储约资多条冰川，存了8600亿立方米的固体水源，是长江、黄河等亚洲主要河流的发源地，直接影响着全球近20亿人口的水安全为态独记录颈鹤作生屏障，青藏高原有着特的生物多样性，有12000多种高原特有植物和1000多种脊椎动物雪豹、藏羚羊、黑等旗舰这来区络积过积物种在里繁衍生息近年，中国建立了三江源国家公园等保护网，总面超39万平方公里，占青藏高原面的15%以为这态上，一全球重要生系统提供了有力保障生物多样性与可持续发展生态系统碳汇湿汇增强森林、草原、地等自然碳能力循环经济术发展生物可降解材料和生物能源技生态保护3态韧保护生物多样性，提高生系统性标紧关态为汇缓挥中国提出的碳达峰、碳中和目与生物多样性保护密联自然生系统作重要碳，在气候变化解中发着不可替代的作用根据评湿态约当最新估，中国森林、草原和地生系统每年可固定8亿吨二氧化碳，相于全国碳排放的7-8%术创为径质术为战产生物技新低碳发展提供了新途生物能源、生物可降解材料和生物固碳等技已成国家略性新兴业例如，利用微藻固碳技术顷养约时产质现赢仅，每公藻类殖可年吸收200吨二氧化碳，同生生物燃料和蛋白，实碳减排与经济价值的双保护生物多样性不有利于气应为绿资候变化适，也色低碳发展提供了丰富源未来生物与生态学发展趋势驱动的生物学突破生态学研究新范式AI术为数术态过人工智能技正在深刻变革生物学研究方式AlphaFold作一大据和物联网技正在重塑生学研究全球已部署超100质结预测预测过态传时监测态这个革命性的AI蛋白构工具，已成功了超200万种万个生感器，实生物多样性变化和生系统功能质维结质数结习预测态对蛋白的三构，几乎覆盖了所有已知蛋白2025年，升些据合机器学算法，能更准确生系统气候变化的级预计将质态为应版AlphaFold能模拟蛋白的动变化和相互作用，响，提高保护决策的科学性开术药物发和生物技提供更有力支持来态趋势态层跨尺度整合是未生学的重要，从基因到生系统的多编辑术结疗将规过组基因技与AI的合正推动精准医和合成生物学的快速发次研究揭示生命系统的整体律例如，通整合基因学、辅将编辑态观态数展AI助的CRISPR系统可基因的准确性提高10倍以群落生学和景生学据，科学家正在构建更全面的生物多应为遗传疗开径为应对上，大幅减少脱靶效，疾病治辟新途样性保护框架，基于自然的解决方案提供科学依据，环战全球境挑总结与展望生物基本特征生态系统服务1细结陈谢遗传应过产费维胞构、新代、变异、生长发育、生物通生者、消者和分解者的角色持生调节质态态激性、繁殖和自我构成生命的本特征平衡，提供不可替代的生服务未来展望可持续发展态术将为环战现谐3生物学和生学新技解决境挑和提升保护生物多样性是实人类与自然和共处、构态础人类福祉提供科学支撑建生文明的基过课习们态观细结观态现叹杂通本程的学，我深入了解了生物的基本特征和在生系统中的重要作用从微的胞构到宏的生系统功能，生物展出令人惊的复性和应仅进结赖础适性生物多样性不是自然界亿万年化的晶，也是人类以生存的基来关谐维态现续为识责过认识面向未，人类与其他生物的系需要从征服走向和保护生物多样性、护生平衡、实可持发展，已成全人类的共和任通科学生物们为孙这课对关世界，珍视地球生命共同体，我才能子后代留下一个生机勃勃的美丽星球希望门程能激发你生物科学的兴趣，并在日常生活中更加注和保护们我共同的家园。