生命科学概论

杨期和 肖建华 温碧柔

目录

  • 1 生命科学概论绪论
    • 1.1 生命科学的基础
    • 1.2 生命科学现状
  • 2 生命的本质和特征
    • 2.1 生命和熵的关系
    • 2.2 生命起源的条件和主要学说
    • 2.3 遗传密码的起源和的进化过程
  • 3 生命的起源和进化
    • 3.1 生命的起源
    • 3.2 生命的进化
  • 4 植物学基础知识
    • 4.1 生物分类的基础知识
    • 4.2 多彩的植物世界
  • 5 动物学基础知识
    • 5.1 动物分类的基础知识
    • 5.2 动物各类群的主要特征
  • 6 生态学知识
    • 6.1 第一节生态学基本概念与原理
    • 6.2 第二节        生态平衡及生态系统的动态变化
  • 7 现代生物技术简介
    • 7.1 现代生物技术的概念及其应用前景
    • 7.2 酶工程、蛋白质工程技术
  • 8 生命科学简史
    • 8.1 生命科学发展的历程
    • 8.2 生命科学发展的现状
  • 9 致病微生物与传染性疾病及其预防
    • 9.1 微生物传染病
    • 9.2 关于艾滋病
      • 9.2.1 概述
      • 9.2.2 防治药物的研究进展
    • 9.3 新冠肺炎
      • 9.3.1 新冠肺炎简介
  • 10 初识抑郁症
    • 10.1 抑郁症的一般症状及其发病原因
    • 10.2 抑郁症的发病机制
  • 11 珍稀动植物
    • 11.1 中国珍稀动植物简介
    • 11.2 世界珍稀动植物简介及其保护现状
  • 12 生物入侵与生物安全
    • 12.1 生物入侵
    • 12.2 第二课时
  • 13 传染病防治科普
    • 13.1 传染病基础知识
    • 13.2 第二课时
  • 14 我国动物资源及其保护
    • 14.1 我国动物资源保护
    • 14.2 我国野生动物保护法案例解读
  • 15 我国珍稀濒危保护植物
    • 15.1 珍稀濒危保护植物
    • 15.2 珍稀植物保护
  • 16 生命伦理学简介
    • 16.1 生命伦理学基础
  • 17 室内污染的植物净化
    • 17.1 室内空气环境的污染 及室内盆栽植物的筛选
中国珍稀动植物简介


            珍稀濒危物种

          (珍重贵稀有的野生动植物

  • 濒危物种指所有由于物种自身的原因或受到人类活动或自然灾害的影响而导致其野生种群在不久的将来面临绝灭的机率很高的物种。

  • 一个关键物种的灭绝可能破坏当地的食物链,造成生态系统的不稳定,并可能最终导致整个生态系统的崩解。

2019年7月18日,国际自然保育联盟将超过7000种动物、鱼类和植物列入濒危物种“红色名录”,并警告人类对大自然的破坏,正造成物种以“前所未有”速度濒临灭绝。 

一、珍稀濒危物种的定义

从广义上讲,濒危物种(endangered species)泛指珍贵、濒危或稀有的野生动植物;从野生动植物管理学角度讲,濒危物种是指《濒危野生动植物物种国际贸易公约》(Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora,CITES,1973年3月3日签订于华盛顿)附录所列物种及国家和地方重点保护的野生动植物。濒危物种可以分为绝对性和相对性两种。绝对性是指濒危物种在相当长的一个时期内野生种群数量较少,存在灭绝危险。相对性是指某些濒危物种的野生种群绝对数量并不太少,但相对于同一类别的其他物种来说却很少;或者是指某些濒危物种,在另外一些国家或地区可能并不被认为是濒危物种 。

从狭义上讲,濒危物种(Endangered species)是指由于滥捕、盗猎、环境破坏、数量稀少、栖地狭窄等种种原因导致有灭绝危机的物种。一个关键物种的灭绝可能破坏当地的食物链,造成生态系的不稳定,并可能最终导致整个生态系统的崩解。

二、珍稀濒危物种的简介

濒危物种可以是植物、动物,也可以是一些亚种。现代社会,人类活动是对多数动植物群落造成危害的主要原因。动植物栖息地的破坏是最常见的情况,还有其他一些情况可以致使动植物数量大量减少,如环境污染工业事件以及捕鱼等过度开发利用自然等。

解决气候变化问题是拯救濒危物种的重要途径之一,而减少二氧化碳等温室气体的排放,是减缓地球变暖的最佳方法。减少垃圾,循环使用原材料,意味着降低了生产新产品的能耗,同样有利于解决气候变化问题。人们开始使用低污染能源,例如风能和太阳能等,逐渐代替传统能源。这些能源又被称为清洁能源、绿色能源。

三、珍稀濒危物种的目录

注:极危(CR)--当一分类单元面临即将绝灭的机率非常高。

濒危(EN):当一分类单元未达到极危标准,但是其野生种群在不久的将来面临绝灭的机率很高。

 下面的附件为中国野生动物保护名录
       下面的附件为我国重点保护的野生植物名录


四、珍稀濒危物种的现状

在过去的5个世纪内,约有900种动植物从地球消失(它们至少不会在地球这个星球上生存下去了)。而濒临消亡的物种超过10000种。

下面的图表显示的是全球濒危物种最多的几个国家,在这些国家里,自然环境在工业发展下急剧变化,明显影响到物种的生存。每个图标代表10个物种,统计类别包括哺乳动物,鸟类,爬行动物,两栖动物,鱼类和软体动物。这里列举的只是即将要灭绝的物种数目最多的20个国家,注意到欧洲国家没有列选,这并不代表那里不存在濒危物种,只是程度和数量不同而已,欧洲国家里濒危物种数最多的是西班牙。

另外,自从人类入住夏威夷岛以来,约有71种鸟类灭绝。南极洲上有约17种企鹅消亡,12种数量急剧下降。

在濒危植物方面,厄瓜多尔同样高居第一,这个亚马逊流域的国家濒危植物种数超过其他任何一个两倍。过去500年内,114种植物消亡。

每年金枪鱼捕鱼产业的GDP是72亿美元,所带来的结果是自1980年以来,金枪鱼数减少了70%。专家预计它们10年内将从地球上消失。万兽之王老虎也不容乐观,全球仅剩3200头老虎,20世纪里,它们的数量锐减97%。

以上统计数据来自国际自然保护联盟(IUCN)2009年的发布的濒危物种红名单,和世界野生动物基金2009年发布的鸟类生存状态等。

2021年9月4日,世界自然保护联盟更新濒危物种红色名录,超3.8万个物种面临灭绝威胁。更新的名录中,世界上最大的蜥蜴科莫多巨蜥的保护级别从“易危”升为“濒危”。

四、珍稀濒危物种的现状面临灭绝

据《新科学家》杂志报道,瑞士格朗国际自然保护联盟编辑的濒危物种红色名单旨在收录和展示那些正面临灭绝风险的动植物。最新报告指出,17291种物种开始重蹈渡渡鸟覆辙,各类生命均受到影响。列入红色名单的包括已知21%的哺乳动物,如西部低地大猩猩;已知两栖类动物的30%、已知鸟类的12%、爬虫类动物的28%、淡水鱼的37%、无脊椎动物的35%以及70%的植物都上了这份名单。以下是几种被认为最濒危的物种:

两栖动物是最濒危的动物种类,6285种两栖动物中有1895种面临灭绝危险。奇汉西喷雾蟾蜍则从的“濒临灭绝”转入了“野外灭绝”类。其原因是坦桑尼亚奇汉西瀑布上游建有水坝,坦桑尼亚曾拥有奇汉西喷雾蟾蜍至少17000只。建成的大坝分走了曾流向奇汉西喷雾蟾蜍栖息的峡谷的90%的水。当然,奇汉西喷雾蟾蜍的濒危也可能是因为壶菌病,这种病威胁着数百种两栖动物。这种壶菌病还导致巴拿马中部的腿部有饰边的拉布树蛙成为濒危物种。壶菌病从2006年传入这一地区,过去3年中这里只能听到一种雄蛙在鸣叫,对其进行人工饲养繁殖的努力至今没有获得成功。

2014年对蜥蜴来说是难过的一年,293种新蜥蜴被列入红色名单。图片中为班乃巨蜥,因为当地农夫和伐木工人破坏了他们栖息地,菲律宾班乃岛上的班乃巨蜥濒临灭绝。帆鳍水蜥蜴也面临相同的境遇。这种同为菲律宾的动物因为农业发展和孵化出来的幼崽成为宠物贸易的追逐对象而面临绝种。

已有7515种无脊椎动物被列入红色名单,2639为濒危动物。尼日利亚东南部和喀麦隆西南部的这种大宝石蜻蛉被新列为脆弱动物。当地的森林砍伐是该物种面临绝种危险的主要原因。70%的已知植物面临绝种危险,可能很难找到非常安全的植物。红色名单上列出的植物有12151种,8500种为濒危物种。“安第斯女王“分布于秘鲁和玻利维亚,科学家对这种植物进行了重新评估,但它仍为濒危物种。这种植物80年产出种子一次,然后死亡。气候变化的影响和牛群的践踏及啃咬让它们成为濒危物种。

五、珍稀濒危物种的现状资源现状

(1)物种引进和输出失控

物种流失的速度和数量,让不少科研人员充满忧虑。“中国生物物种资源现状与保护对策”项目专家组组长薛达元,就是其中一个。

在项目组1月中旬推出的最新调查报告———《中国生物遗传资源现状与保护》中,科学家首次披露了我国物种流失严重的现状。自20世纪70年代起,我国在中国农科院品种资源研究所建立引种交换机构以来,1972年至1991年期间,我国每年对外提供作物种质资源1400份(次),合计对外提供了近3万份(次)。而这种物种输出记录在20世纪90年代以后越来越少,甚至在某些阶段就没有了。

美国官方公布的一组数据显示,至2002年6月30日,从中国引进植物资源932个、种20140份,其中大豆4452份,包括野生大豆168份。与此形成鲜明对比的是,中国官方记录同意提供的仅仅只有2177份,并且野生大豆并没有被列入对外提供的品种资源目录中。

中国农科院对外品种交换机构有关专家介绍,特别在1993年以后,由于出访考察、接待来访和合作项目太多等原因,物种资源的引进和输出在一定程度上处于失控阶段。据专家的保守估计,截至2014年输出的生物种质资源不仅在数量上要远远高于前20年的总和,而且在质量上也包含了大量优良基因。

“记录数据相差惊人。这个差距是怎样产生的?个中原因只能是许多物种悄悄地流失了。”薛达元进一步说,仅就农业科研部门而言,全国有几十万名农业科研人员,几乎每天都有多人出国进行科研合作或考察,带出的资源数量肯定是十分惊人的。在这方面,我们国家是失控的。

薛达元说,物种流失严重已经引起了党和国家领导人的高度重视。2003年春,党和国家主要领导人针对生物物种流失事件分别批示,要求加强生物物种及遗传资源的保护与管理。此后,国务院专门召开了协调会,确定由国家环保总局统一协调全国生物物种资源的保护和管理,并于2003年8月成立了由17个部委组成的生物物种资源管理部际联席会。

国家环保总局生物安全办公室官员蔡蕾证实,一项由国家环保总局主持的全国范围内的生物物种资源保护执法检查正在进行中。检查内容包括:现有相关法律法规的执行情况、生物物种资源流失情况、生物物种资源就地保护和生存环境受威胁的情况,以及生物物种资源移地保护设施建设和管理情况等。

(2)全球持续变暖

对100多项小型研究进行的一项新的分析表明,如果气候变化仍然以这种进程发展,地球上多达1/6的物种将消失不见。

研究人员指出,气候变暖会导致部分动植物物种因种种不适应而发生种群数量减少、迁移、生态退化,一些濒危物种难逃灭绝厄运。

并未参与该项研究的美国布朗大学保护生物学家Dov Sax表示:“所有的研究都显示:如果我们让地球变得更热,我们将失去更多的物种。”他说:“从制定政策的角度出发,这是一项非常重要的认识。”

从工业革命以来,人类工业排放的二氧化碳及其他温室气体已经导致全球平均温度上升了约0.8摄氏度。但斯托尔斯市康涅狄格大学生态学家Mark Urban指出,相关研究对于温度上升给全球物种造成了何种影响并没有达成共识。一些人估计,多达54%的物种可能最终由于气候变化而灭绝,但也有人认为并没有那么显著的影响。

Urban认为,这样不同的结果可能源于一些个人研究的局限性,可能因为他们只集中于少数物种或一个相对较小的地理区域。并且不同的研究团队往往会用不同的方法完成它们的预测。

为了打破这一局限,Urban使用统计学方法对前人的研究成果进行了混合,从而利用同类比较对全球物种的灭绝风险进行了评估。

Urban对131个不同的生物多样性研究结果进行了综合分析,发现物种灭绝风险随着地球温度升高而增加,而且灭绝风险呈加速趋势。南美、澳大利亚和新西兰的物种面临的灭绝风险最高,那里许多物种的栖息地很有限,它们难以迁徙到其他地方。

联合国正呼吁各国共同努力,力争在本世纪末将全球气温的上升幅度控制在2摄氏度以内。按照康涅狄格大学科研人员的估算,即便将升温幅度控制在这一范围内,全球物种的灭绝风险也会从2.8%增加至5.2%。

Urban指出,如果地球升温幅度从2摄氏度提高到3摄氏度,物种灭绝的风险就会增至8.5%。假如各国不采取措施,全球变暖保持这种趋势,那么到2100年地球升温幅度将达4.3摄氏度,约1/6的物种将面临灭绝风险。他认为要避免全球物种加速灭绝,国际社会迫切需要采取措施防止全球进一步变暖。

研究人员在最新出版的《科学》杂志上报告了这一研究。这项新的研究结果将有助于科学家及决策者更好地对公园和保护区进行评估工作。Sax强调,从生态学的角度而言,一块在今天预留出来保护某些物种的地区或许在几十年后将变得不再适宜。例如,根据美国国家海洋与大气管理局的研究,一组密切相关的海洋保护区或其他受保护的栖息地,可以为海洋生物创造应对气候变化的迁徙通道。

与此同时,《科学》杂志发表的另一篇关于海洋动物的论文也指出,在全球变暖的大背景下,部分热带和南极海域是潜在的物种灭绝高风险区。在海洋动物当中,鲸鱼、海豚、海豹等哺乳动物面临的灭绝风险最大。

西雅图市华盛顿大学生态学家Janneke Hille Ris Lambers认为,Urban“做了一件了不起的工作,将这些研究的结果整合在一起”。她说,这项研究同时也为科学家设计未来的研究以填补当前的认知空白提供了一个机会。Sax则对此表示赞同:“我们只是对这些风险进行了初步的评估。” 

根据最新统计,我国大约收集有38万份农作物种质资源。中国农业科学院作物品种资源研究所研究员方嘉禾说,“美国有55万份,我们是世界第二”。

令方嘉禾担忧的是,“世界第二”的很多种质资源,相当大一部分“只能停留在实验室里,很多种质资源在野外已经找不到了”。他说,我国生物物种数量正在以每天一个濒危甚至走向灭绝的速度减少,农作物栽培品种数量正以每年15%的速度递减,还有大量物种通过各种途径流失海外。

2019年7月18日,国际自然保育联盟将超过7000种动物、鱼类和植物列入濒危物种“红色名录”,并警告人类对大自然的破坏,正造成物种以“前所未有”速度濒临灭绝。

六、珍稀濒危物种的保护措施

野生动植物资源是人类生存和社会经济可持续发展的战略性资源。它们不仅提供了维持人类生存的支持体系,还是许多工业和新医药产业的基础,也是世界自然资本的构成部分。野生动植物资源的减少,对于作为社会与经济发展基础的自然资本资源,意味着经济机会的丢失。因此,保护野生动植物资源不仅是一个环境问题,也是一个更广泛的持续发展能力的问题。世界各国都高度重视野生动植物资源的保护,制定了相关的政策法规。

1、欧盟生物多样性保护计划

欧盟生物多样性保护的战略目标是:从根本上预测、防止及解决使生物多样性显著降低或丢失的原因,以逆转生物多样性降低或丢失的趋势,并使欧盟领土内外的物种和生态系统(包括农业-生态系统)处于满意的保护状态。

欧盟生物多样性保护战略规划出了一个明确的行动框架,并规定了总目标和部门目标。主要是以下4项内容:一是保护和持续利用生物多样性;二是分享利用遗传资源所产生的利益;三是研究、鉴定、监测和信息交换;四是教育、培训和提高公众的保护意识。

欧盟生物多样性战略行动计划制定之后,英国政府成立了英国生物多样性领导组,对英国的生物多样性保护工作提供战略性指导;随即成立了英格兰、北爱尔兰、苏格兰、威尔士4个领导小组,负责监测各行动计划的实行,并进行提高公众觉醒和教育培训等工作。

2、美国保护濒危物种的有关法规

美国进行了许多立法对濒危物种进行保护,如,濒危物种法、迁移鸟类条约法、鱼与野生动物合作法、国家野生生物庇护所管理法、北美湿地保护法等。其中,最重要的属濒危物种法。

濒危物种法禁止未有许可证对列入联邦目录的物种进行捕获。但是伴随性捕获许可证的发放,允许资产所有者在其资产内有濒危物种存在的情况下,进行其他方面合法的经济开发活动。同时提供了一种管理部门与公众和私营部门发展创造性的合作伙伴关系,来达到濒危物种的平衡和综合有序发展的办法。例如,美国的国际造纸公司为砍伐作为其造纸原料的木材,制定了一个栖息地保护计划,保护在公司东南部土地上的濒危红帽啄木鸟。计划中描述了砍伐林木对红帽啄木鸟的影响及减轻该影响的措施。措施包括建立近5300英亩、居住了25-30个该啄木鸟家族的栖息地,以增加啄木鸟的数量。

美国一项调查表明,至少有80%列入联邦目录的物种,其栖息地在私人土地上。管理部门认识到让私人土地所有者介入濒危物种保护的重要性,因而制定了一系列政策来促进与土地所有者的合作。这些政策包括:候选物种保护协议,对许可证申请者在栖息地保护计划中保护未列入目录的物种进行鼓励。这样做的好处是:第一,可为许多物种提供早期保护,从而可避免将其列入目录;第二,由于候选物种得到保护,可减少在发放许可证后,一个原来未列入目录的物种被列入目录,从而需对栖息地保护计划进行修改的情况。

美国栖息地保护计划的数量增加很快。1992年前只批准了14个栖息地保护计划,但至2001年2月23日,管理部门已发放了343个以上的伴随性捕获许可证,其栖息地保护计划覆盖了2000万英亩以上的土地,对200个列入目录的物种和许多未列入目录的物种进行了保护。

3、澳大利亚对野生物种商业利用的一些管理办法

在澳大利亚,对野生物种的最大威胁是栖息地被清除。个体农民、牧场主或开发者为提高土地的使用价值,常常进行原生植被的清除,从而除去了野生物种的栖息地。因此,许多人认为,未来对澳大利亚生物多样性的保护在很大程度上取决于要找到一种机制,特别是经济刺激,使得在私人土地上的自然栖息地能够得到有效的保护及恢复。澳大利亚认为从其国内外的经验看来,在管理得当的情况下,野生物种的商业应用可以成为这种机制之一。

澳大利亚一些经验表明,给予濒危野生物种一种价值,比没有商业价值会导致对该物种的更大保护。例如,为获取原产于澳大利亚的袋貂的肉供本国食用及出口用,持续地对其进行高水平的商业捕获已有几十年。但其数量不但没有减少,反而大量增加。再如,在澳大利亚BASS STRAIT 岛上的土著居民商业捕获灰鹱,以获得其肉、油及羽毛供本地应用或出口用也有几十年的历史,但灰鹱的数量仍在增加。这都是由于商业捕获对这些野生动物的栖息地的保护起了很大作用的缘故。

以上事例表明,只有在土地所有者能从栖息地上的野生生物获得收益的情况下,他们才可能对这些栖息地进行保护。因此,应把天然栖息地看成为一种经济资源,因为它有应用价值,并能与其他使用土地的方法进行竞争。把它看成是有经济价值的,才能使它受到充分的尊重与保护。

澳大利亚管理野生物种的经验表明,在技术上可持续性的采收或猎取是可以做到的。关键的问题是政府能否驾驭可能起破坏作用的经济和社会力量。其中保证资源的拥有者看到管理良好的野生生物贸易具有经济利益是最重要的因素之一。因此,对政府有关机构而言,野生生物商业利用企业家和动物保护团体的挑战是如何对商业应用进行管理,以减轻风险,并达到最大程度的对生物多样性的保护及可持续的应用。

澳大利亚现有的管理职责分工是:联邦政府主要管理进出口,并正进行对所有联邦的有关环境的立法进行综合改革,将已有立法归于三个部分:生物多样性保护、环境保护及遗产保护。各州和自治州均有立法对野生生物进行管理,在政策和实践中,均支持野生生物在生态学上可持续性的商业应用。

其它国家也有类似的实践经验:在南非,由于土地使用政策的改变,使野生物种的所有权回到土地所有者手中,使许多栖息地得到恢复与保护,许多野生物种的分布和数量大大增加,并且还带来了许多社会和文化效益。

4、西方一些国家以牺牲他国资源为代价来保护本国资源

国际上已将对野生生物资源的占有情况作为衡量一个国家国力的重要指标之一。随着发达国家经济基础十分雄厚,非常重视本国生物资源的保护,凭借自身雄厚的经济和科技实力,采取各种手段,大肆掠夺和控制发展中国家的生物资源,利用先进技术,加工成具有高附加值的植物药或其它产品,再申请专利保护,并将成果以专利技术和专利产品的形式高价向发展中国家兜售,获取高额利润。一些发达国家通过对世界野生生物资源的控制,进而加速对发展中国家的市场占有和经济垄断。发展中国家因此蒙受了巨大的经济和资源损失,许多生物资源的原产国、提供国反而成了受害国。因此,西方一些国家富裕之后,确实注意了物种的保护,但是发达国家保护自己的资源更多是以牺牲发展中国家资源为代价的这种做法,应引起国际社会的高度重视。

CITES公约组织

CITES公约即《濒危野生动植物种国际贸易公约》(Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora)的英文缩写,亦称华盛顿公约。缔约于1973年美国的华盛顿,并于1975年正式生效。《公约》的保存国政府是瑞士联邦政府。《公约》的宗旨是对其附录所列的濒危物种的商业性国际贸易进行严格的控制和监督,防止因过度的国际贸易和开发利用而危及物种在自然界的生存,避免其灭绝。到目前为止,《公约》已有160多个缔约国。《公约》每两年举行一次缔约国大会。

公约贸易是指物种的进口、出口、再出口和从海上引进(指从不属于任何国家管辖的海域中取得的任何物种标本输入某个国家)。

中国于1981年加入CITES公约组织。中国是世界动植物资源最丰富的国家之一,但资源大国,按人均资源情况,中国是资源贫乏国家。

中国为了进一步加强野生动植物保护和濒危物种拯救繁育工作。已经建立700多个自然保护区和植物园、动物驯养繁殖中心等,这些保护区的建立保护了大量野生动植物,如峨眉山国家公园保护。上世纪末,全国已建立14个野生动物救护繁育中心、20余种濒危物种人工繁育种群、400多处珍稀植物迁地保护繁育基地和种质资源库、100多处植物园和树木园,1000多种珍稀植物得到保护繁育。