师:同学们,今天我们学习高二生物学选择性必修2第三章第四节生态系统的信息传递。我们的学习目标有:一是了解生态系统的信息种类及信息传递的特点;二是明确信息传递在生态系统中的作用;三是掌握信息传递在农业生产中的应用。
首先看第一个学习目标。人类能感知世界,通过语言等符号描述、记录事件,并借助语言获取和传递信息,比如简单的手势、面对面聊天、打电话、发微信等方式。那自然界中其他几乎没有语言的生物,是如何获取信息并参与信息传递的呢?
我们先看一个例子,“春江水暖鸭先知”,鸭子感知到了什么信息?对,感受到水的温度等适宜戏水的信息。再看,蜜蜂通过跳圆圈舞或摆尾舞向同伴传递有关蜜源的情报,包括蜜源的方向和距离;蜘蛛根据蛛网的振动频率判断猎物相关信号。
日常生活中,我们通常把可以传播的消息、情报、指令、数据与信号称作信息。信息的传递也称作信息流,可见种群内部、种群之间以及非生物环境都有信息的产生与交换,从而形成信息传递。生态系统中信息传递普遍存在且类型多样,大家能再举一些例子吗?我这里也有一些实例和大家分享。
头狼嚎叫集结群狼,黄鼠狼放臭屁赶跑天敌,鸟类借助磁场迁徙,孔雀开屏吸引异性,海豚通过回声定位捕获猎物,向日葵向日转动。像这些嚎叫、声音、光、适宜的温度、湿度、尿液中的化学物质、臭屁、开屏行为、跳舞行为、摇尾巴行为都可以作为信息。
请同学们阅读教材69页,依据信息的来源及传递形式,将下列信息进行列表归类。这里有一个表格供大家参考,我们不难完成此表。对这个表格进一步处理后,会发现生态系统的信息种类可分为物理信息、化学信息、行为信息。信息的来源可以是种群内部、非生物环境或其他种群。在此基础上,我们进一步完善得到这样一个表格。例如,光、声、温度、湿度、磁场等物理过程可作为物理信息;生物碱、有机酸、外激素、信息素等可作为化学信息;求偶炫耀、蜜蜂跳舞、狗摆尾巴等动作行为作为行为信息。
那么,生态系统的信息传递至少有这样几个特点:一是信息传递可以发生在生物与非生物之间、同种生物之间、不同生物之间,且多数是双向的。比如牛津鸟和犀牛之间,头狼与群狼之间,都有双向的信息交流。二是生物通过一种或多种信息类型进行交流。例如孔雀通过开屏以及鸣叫来吸引异性,开屏属于行为信息,鸣叫属于物理信息;草食动物识别植物的绿色及气味,绿色是物理信息,植物的气味属于化学信息。三是信息传递至少有三个要素,且具有多样性。三要素分别是信息源、信道、信息受体。刚才所举例子都可作为信息源,具有多样性。信道一般指信息传播的媒介,如空气、水或者其他介质。信息受体指接受信息的生物或者部位,例如动物的眼、耳、鼻、舌、皮肤,植物的叶芽或者细胞的特殊化学物质,可见信息受体也具有多样性。我们可以通过图解来理解生态系统的信息传递特点,个体与个体之间、种群与种群之间、生物群落与环境之间都有信息传递,它们有着共同的结构基础,即多样化的信息源、信道和信息受体。
总之,生态系统中信息种类多样、特点分明,且信息传递有着重要意义或作用。接下来我们梳理一下其作用,这也是我们今天的第二个学习目标——信息传递在生态系统中的作用。我们分别从个体、种群、群落、生态系统四个层次来分析。
首先从个体层次,看这些示例,海豚或蝙蝠个体在生命活动中进行捕食、躲避天敌等行为,几乎依赖于超声波进行回声定位获得相关信息。大家思考一下,若回声定位的信息传递过程受到干扰,海豚还能准确地进行捕食或躲避吗?不能。据报道,有海豚集体自杀事件源于人类在海洋活动中使用的通讯工具,严重干扰了海豚的回声定位系统,进而危害了个体的生命活动。再看一些植物个体的例子,观察植物种子萌发,这本质是个体生长与发育的生命活动,它依赖于哪些信息的传递呢?对,依赖于光波长、适宜的温度及湿度。大家看,莴苣种子萌发率示意的光波长在600和700之间。可见,无论是动物个体还是植物个体,它们生命活动的正常进行都离不开信息传递。
再从种群的角度分析信息传递的作用。观察长日植物或短日植物的开花,需要相应的日照信息。长日植物指光照时间超过一定数值才能够开花的植物,短日植物指日照时间短于一定时间植物才可以开花,二者基本相反。请同学们思考下面两个问题:一是荷花在夏天开放,梅花在冬天开放,说明它们各属长日植物还是短日植物呢?二是日照信息对开花,进而对种群的繁衍有何意义?没错,荷花属于长日植物,梅花属于短日植物。日照信息决定了植物是否能够开花,开花决定了植物是否能够形成种子,种子的形成意味着种群的繁衍。再举些动物种群的例子,许多动物能在特定时期释放用于吸引异性的信息素,传递性信号,从而提高雌雄交配的几率;有些动物还可以通过特殊的声音、光、特殊行为来吸引异性,比如青蛙的鸣叫,萤火虫发荧光,雄鸟喂食雌鸟。所以说,无论是植物种群还是动物种群的繁衍,都离不开信息传递。
