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內(nèi)容簡介

《保護(hù)生物學(xué)原理》以如何防止物種滅絕為主線，結(jié)合中國實際，介紹保護(hù)生物學(xué)的基本原理和實踐方法。《保護(hù)生物學(xué)原理》回顧了保護(hù)生物學(xué)產(chǎn)生的歷史背景，吸收了新問題、新思想、新理論和新方法，探討了學(xué)科特征與學(xué)科結(jié)構(gòu)。探索了物種大滅絕原因和研究方法，介紹了物種瀕危等級評估方法，闡述了中國物種多樣性格局及其成因、有關(guān)全球變化的不同觀點及全球變化對生物分布格局的可能影響，探討了生命倫理、動物意識、動物福利、動物權(quán)利、生態(tài)足跡、公共物品、野生生物所有權(quán)、自然資源法、遺傳資源惠益分享、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、運動狩獵與戰(zhàn)利品狩獵、野生生物國際貿(mào)易、保護(hù)成本與生態(tài)文明等熱點問題。介紹了遺傳多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性、生物多樣性熱點地區(qū)及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、千年生態(tài)系統(tǒng)評估、遺傳資源保護(hù)和惠益分享問題，并介紹了動物行為與物種保護(hù)、種群生存力分析、瀕危物種就地保護(hù)與異地保護(hù)方法和瀕危野生動植物國際貿(mào)易及社區(qū)、生計、傳統(tǒng)文化與自然保護(hù)等問題，并提供了保護(hù)生物學(xué)名詞。

編輯推薦

《保護(hù)生物學(xué)原理》可以作為自然保護(hù)專業(yè)的大學(xué)生與研究生教材，也可以作為生

物多樣性研究者、自然保護(hù)工作者和相關(guān)管理人員的參考書。

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第 1章概論

20世紀(jì)后期，科學(xué)之林中出現(xiàn)了一門學(xué)科——保護(hù)生物學(xué)( conservation biology，在臺灣譯為保育生物學(xué))； 90年代，在巴西里約熱內(nèi)盧召開了第二次聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會，大會締結(jié)了《生物多樣性公約》。在大眾傳媒中，"生物多樣性"正變成家喻戶曉的名詞。生物多樣性的確切含義是什么？生物多樣性的價值何在？保護(hù)生物學(xué)與生物多樣性之間存在何種內(nèi)在聯(lián)系？這些是深入探討保護(hù)生物學(xué)之前必須明確的問題。

1.1生物多樣性及其價值

1.1.1生物多樣性

基因決定生命既是保守的，又是可變的。延續(xù)性與多樣性是生命的兩大基本特征。生命的延續(xù)性指地球上的生命形式從低級到高級，從原始類型到復(fù)雜類型都具有自我復(fù)制、繁衍再生的能力。

生物多樣性是生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體，以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和，包括動物、植物、微生物和它們所擁有的基因及它們與其生存環(huán)境形成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。它是生命系統(tǒng)的基本特征。生命系統(tǒng)是一個等級系統(tǒng)( hierarchical system)，包括多個層次或水平，即基因、細(xì)胞、組織、器官、物種、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀。每一個層次都具有豐富的變化，即都存在著多樣性。目前，基因多樣性(或遺傳多樣性)、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性是生物多樣性研究的主要層次。1986年，美國國家科學(xué)院組織了 National Forum on BioDiversity。E. O. Wilson、K. J. Gaston、W. V. Reid、 K. R. Miller和 J. A. McNeely等是生物多樣性研究的先驅(qū)(Gaston，1996)。現(xiàn)在，人們往往把生物多樣性視為生命實體本身，而不再僅僅視為生命系統(tǒng)的特征之一。人類文化多樣性也被認(rèn)為是生物多樣性的一部分。正如遺傳多樣性和物種多樣性，人類文化的一些特征表現(xiàn)為人們在特殊生態(tài)環(huán)境下生存的策略。

遺傳多樣性指生物體內(nèi)決定性狀的遺傳因子及其組合的多樣性，它決定其他層次的生物多樣性(孔宏智， 2012)。生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是脫氧核糖核酸( DNA)或核糖核酸( RNA)，一個哺乳動物的單倍體基因組( haploid genome)約有 3109個核苷酸堿基，相當(dāng)于 300萬個基因(劉祖洞， 1991)。人類基因組有 3.2109個核苷酸堿基， 31 000個基因( Dennis et al.， 2001)。每個基因都可能參與性狀控制，或是一個基因起主導(dǎo)作用，或是多個基因協(xié)調(diào)控制一個性狀。同一個基因位點可能存在著多個等位基因，這些等位基因可以分離重組，于是產(chǎn)生了豐富多樣的基因型。另外，基因可能發(fā)生突變，如一個人類基因位點的突變率為 10萬分之一。基因突變增加了遺傳多樣性。遺傳學(xué)研究生物的遺傳變異，因此，保護(hù)生物學(xué)與遺傳學(xué)有著密切的關(guān)系。但保護(hù)生物學(xué)研究者更關(guān)心基因位點雜合度、近交和雜交引起的物種進(jìn)化適合度( evolutionary fitness)變化及小種群中的遺傳多樣性變化等問題。

從基因組系列看，物種之間的差別比原來想象要小。 1997年，人類基因組的全序列測定已經(jīng)完成，人們對生物進(jìn)化有了更多的了解。基因組不同片段的進(jìn)化速率不同，有些 DN段進(jìn)化快，如線粒體基因組的高變區(qū)快速進(jìn)化，可以分辨出生物個體之間的差異，而大多數(shù)片段進(jìn)化的速率慢。與黑猩猩基因組的 DNA系列比較，人類基因組的 30億堿基對中只有 15 000萬個堿基對發(fā)生了變化。人們發(fā)現(xiàn)了人類基因組中變化昀快的區(qū)域，如 HAR1(human accelerated region 1)、HAR2、FOXP2、AMY1、 ASPM、LCT等基因。其中， FOXP2基因是使人類嘴巴形成正確發(fā)音的嘴型、讓人能夠正確說話的基因， AMY1基因編碼唾液淀粉酶， ASPM基因控制大腦體積， LCT基因編碼乳糖酶。 HAR1區(qū)域有 118個堿基，但在人類出現(xiàn)之前， HAR1進(jìn)化極其緩慢。黑猩猩與雞在 3億年以前分化，目前，二者 HAR1區(qū)域只有兩個堿基的差異；而人與黑猩猩的分化只有數(shù)百萬年，二者 HAR1區(qū)域的堿基差異已經(jīng)達(dá)到 18處。研究證明 HAR1區(qū)域快速進(jìn)化，改變了人的大腦皮層。 HAR2區(qū)域在胎兒發(fā)育期激活了腕部與拇指基因，決定了胎兒手部的發(fā)育( Pollard，2011)。這些基因組區(qū)域的變化決定人的形成。隨著研究深入，我們將會發(fā)現(xiàn)更多快速演化的基因位點。

種內(nèi)的多樣性是物種以上各級分類單元( taxon)水平多樣性的昀重要來源。遺傳變異、生活史特點、種群動態(tài)及其遺傳結(jié)構(gòu)等決定或影響著一個物種與其他物種及其環(huán)境相互作用的方式；而且，種內(nèi)的多樣性是一個物種對人為干擾進(jìn)行成功反應(yīng)的決定因素。種內(nèi)的遺傳變異程度也決定其進(jìn)化的潛勢。遺傳多樣性都發(fā)生在分子水平，并且都與核酸的理化性質(zhì)緊密相關(guān)。新的變異是突變的結(jié)果。自然界中存在的變異源于突變的積累，這些突變都經(jīng)受過自然選擇。一些中性突變通過隨機(jī)過程整合到基因組中。上述過程形成了豐富的遺傳多樣性。

遺傳多樣性檢測的方法隨著生物學(xué)，特別是遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展而不斷提高和完善，從形態(tài)學(xué)水平、細(xì)胞學(xué)(染色體)水平、生理生化水平、分子水平逐漸發(fā)展到基因組測序。從形態(tài)學(xué)或表型性狀上檢測遺傳多樣性是經(jīng)典也是簡便易行的方法。通常所利用的表型性狀主要有兩類：一類是符合孟德爾遺傳規(guī)律的單基因性狀，另一類是根據(jù)多基因決定的數(shù)量性狀。染色體多態(tài)性主要從染色體數(shù)目、組型及其減數(shù)分裂時的行為等方面進(jìn)行研究；蛋白質(zhì)多態(tài)性一般通過兩種途徑進(jìn)行分析：一是氨基酸序列分析，一是同工酶或等位酶電泳分析，后者應(yīng)用較為廣泛。DNA多態(tài)性曾主要通過 RFLP(限制性片段長度多態(tài)性)、 DNA指紋( DNA fingerprinting)、RAPD(隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性 DNA)等技術(shù)進(jìn)行分析。現(xiàn)在可以利用測定線粒體基因組高變區(qū)、微衛(wèi)星測定遺傳多樣性、識別個體、發(fā)展基因組測序、識別功能基因、剔除基因。

物種多樣性是指一定區(qū)域內(nèi)物種的多樣化及其變化，包括一定區(qū)域內(nèi)生物區(qū)系的狀況(如受威脅狀況和特有性等)、形成、演化、分布格局及維持機(jī)制等。生態(tài)學(xué)中的物種多樣性則是對生物群落組織化水平的度量，與對應(yīng)此處的物種多樣性即生物多樣性物種水平的多樣性有所不同。

物種是一級生物分類單元，代表一群在形態(tài)、生理、生化上與其他生物有明顯區(qū)別的生物。通常這群生物之間可以交換遺傳物質(zhì)，產(chǎn)生可育后代(專欄 1.1)。如果說遺傳多樣性損失常常是人們?nèi)庋鬯豢梢姷淖匀滑F(xiàn)象，那么，物種滅絕就是人們所能看見的、可引起人們警覺的自然現(xiàn)象。由于物種數(shù)目繁多，許多物種在人們開展研究之前有可能滅絕。目前已記錄的生物物種為 140萬～170萬種，其中一半以上的物種分布在熱帶地區(qū)。據(jù)Wilson(1992)的統(tǒng)計資料，目前全球已記錄的生物為 141.3萬種，其中昆蟲 75.1萬種，其他動物 28.1萬種，高等植物 24.84萬種，真菌 6.9萬種，真核單細(xì)胞有機(jī)體 3.08萬種，藻類 2.69萬種，細(xì)菌等 0.48萬種，病毒 0.1萬種。估計全世界生物物種總數(shù)在 200萬種至 1億種，因此，分類學(xué)家在物種分類和編目方面面臨著艱巨的任務(wù)。

專欄 1.1 物種

物種(species)是生物分類的基本階元，是一個可以隨時間而變化的個體集合，是真實的存在。物種是生物對環(huán)境異質(zhì)性的應(yīng)答，是生物進(jìn)化的基本單元，是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能單元。所以，生物以物種的形式存在。物種多樣性是生物多樣性的三個層次，即遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性中的基本層次。然而，對于種的概念已經(jīng)存在多年爭議，即使是在對生物遺傳基礎(chǔ)的分子機(jī)理已有相當(dāng)認(rèn)識的今天，對于物種的定義仍存在爭議。物種有如下定義(Mayr and Ashlock，1991)。模式種(typological species)：基于本質(zhì)先于存在論(essentialism)的哲學(xué)基礎(chǔ)，源于柏拉圖(Plato，古希臘哲學(xué)家，公元前427～347年)和亞里士多德的哲學(xué)思想，即宇宙的多樣性是存在于宇宙中的有限數(shù)目的"模"。而每一個種有標(biāo)準(zhǔn)的形式，即所謂的形態(tài)"模"。該思想認(rèn)為種僅是模式(type)的表達(dá)(expression)。命名種(nominalistic species)：認(rèn)為種的概念是人為的抽象，只有個體是客觀實在。達(dá)爾文即持此唯名論種概念，他在《物種起源》中說："物種這個名詞，我認(rèn)為是為了方便起見用來任意表示一群相互密切類似的個體的"。生物種(biological species)：種是一個由能相互交配的自然種群組成的集群，它與其他這類的集群在生殖上相互隔離。生物種的不連續(xù)性抵消了有性生殖所帶來的遺傳不穩(wěn)定性。生物種概念可以解釋種的穩(wěn)定性(fixity)和可塑性(plasticity)。群體種：種由一些具有形態(tài)和遺傳相似性的種群組成，種內(nèi)個體的相似性大于種間個體的相似性。進(jìn)化種(evolutionary species)：種是生物的進(jìn)化分支，具有單一的進(jìn)化地位和趨性。分支種(cladistic species)：針對物種在空間上間斷分布而在時間上連續(xù)分布之悖論，德國動物學(xué)家威利·亨尼希(Willi Hennig)及他的追隨者建立了支序理論(cladistic theory)，他認(rèn)為與其將生殖隔離作為種的標(biāo)準(zhǔn)，不如將生物進(jìn)化每個分支事件，即兩個線系的衍征產(chǎn)生作為物種的識別標(biāo)準(zhǔn)。Zink和McKitrick(1995)認(rèn)為進(jìn)化種概念與支序種概念是相似的。在生物學(xué)研究中，物種概念在不斷演化，從模式種到生物種、進(jìn)化種概念的演化，是從模式種概念向種群概念的轉(zhuǎn)化，即從靜態(tài)的種的概念向動態(tài)的種的概念轉(zhuǎn)變。

物種分類是基于性狀相似性的比較，評估形態(tài)、生理、遺傳、行為性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行推導(dǎo)的過程。雖然人們常常不能直接觀察到物種的生殖隔離或物種分化，但可依據(jù)觀察到的各種證據(jù)，如形態(tài)差異，對物種地位進(jìn)行推論。有條件時，利用生物學(xué)的手段對這種推論進(jìn)行驗證，最終確定物種的形態(tài)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。分類單元(或個體)不是因為其相似而構(gòu)成同一單元，而是因為其屬于同一單元而相似。生物分類學(xué)家將形態(tài)差異的類型和程度視為生殖隔離的外在指標(biāo)，它被用作進(jìn)行推論的證據(jù)。生物種的概念在實際應(yīng)用中存在困難(Mayr and Ashlock，1991)。由于分類信息不足，缺少生活史和種群分析資料，形態(tài)變異型(morphotype)是種內(nèi)變異還是不同種常常難于確定。自然界存在單親繁殖(uniparental reproduction)：雌雄同體、孤雌生殖、無性生殖等無性種(agamospecies)現(xiàn)象，還存在進(jìn)化中間體(evolutionary intermediacy)-半種(semispecies)現(xiàn)象。種下階元有亞種(subspecies)(Mayr and Ashlock，1991)。亞種通常指地理亞種，規(guī)則。亞種是國際動物命名法規(guī)認(rèn)可的低分類階元。分布在一定地理空間中的同種個體，與其他亞種存在可分辨的差異，亞種間 75%以上的個體存在不同性狀，即 75%在古生物學(xué)研究中還使用時間亞種(temporal subspecies)(Mayr and Ashlock，1991)。種的類型有多型種(polytypic species)和單型種(monotypic species)之分。多型種指包含兩個或更多個亞種的種，其中一個亞種為指名亞種(nominate subspecies)，如雉雞(Phasianus cochicus)有 31個亞種，指名亞種為雉雞高加索亞種(Phasianus colchicus colchicus)。與多型種相對的概念是單型種，單型種只有一個亞種。孑遺種(relic species)：指地史上曾有廣泛分布，由于地質(zhì)變遷，現(xiàn)僅存在于局部地區(qū)的古老物種。孑遺種分為分類孑遺種和地理孑遺種。前者在系統(tǒng)發(fā)生上是古老的分類群，如水杉(Metasequoia glyptostroboides)和矛尾魚(Latimeria chalum-nae)；后者的形成是氣候、土壤、地形環(huán)境因素影響的結(jié)果，如銀杏(Ginkgo biloba)、大熊貓(Ail