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第3章 生态系统及其稳定性
第4节 生态系统的信息传递
导入新课（导入一）
南非西部沿海生长着一种当地特有的龙胆科植物——海玫木,它演化出了一套独特的传粉机制:其花蕊紧紧缠绕在一起,自己不能释放花粉,只有在“听到”某个固有音频时才会打开。木蜂降落在其花蕊上,用力振动翅膀,使海玫木的花药与之产生共振,将花粉弹出,其他昆虫由于“频率不符”而无法得到花粉。生物与生物以及生物与环境之间通过各种信息取得联系。这些信息是如何传递的 信息传递对生命活动的正常进行、种群的繁衍和种间关系的调节起什么作用
导入新课（导入二）
水底世界并不像我们想象的那般寂静,鱼类也有自己的语言。有些鱼靠鳔来发声,鳔的收缩引起气体振动,从而发出声音。有的鱼则利用喉齿摩擦发声,也有的鱼利用背鳍、胸鳍或臀鳍的刺振动而发声,还有不少鱼利用呼吸时鳃盖的振动或肛门的排气而发出声音。当发现天敌入侵时,有的鱼会发出声音,同伴听到警报声后也立即同声相和,大家迅速奔逃;鲇鱼、淡水鲈鱼等在受伤后会发出一种特殊的声音向同类呼救。当鱼类听到外界不熟悉的声音时,它们的第一反应是逃窜。例如,有船从水面驶过时,鱼类通常会下潜到较深的水层。
鱼类对声音、光、气味、温度等刺激能做出相应的反应,从而采取捕食、繁殖、洄游等行为。
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
侦察蜂如何将蜜源的信息传达给其他蜜蜂
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
资料 弗里施的研究指出,大批工蜂出巢采蜜前先派出侦察蜂去寻找蜜源。这些“侦察员”一旦发现了有利的采蜜地点或新的优质蜜源植物,它们就会变成采集蜂,并飞回蜂巢跳上一支圆圈舞或摆尾舞来指出食物的所在地,并以舞蹈的速度表示蜂巢到蜜源之间的距离,还以附在身上的花粉的味道告知同伴食物的种类,通知大家一块儿去采蜜。
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
侦察蜂找到距蜂箱100米以内的蜜源时,即回巢报信,除留有追踪信息外,还在蜂巢上交替性地向左或向右转着小圆圈,以圆圈舞的方式爬行。如果蜜源在距蜂箱百米以外,侦察蜂便改变舞姿,跳摆尾舞。
如果将全部爬行路线相连,直线爬行的时间越长,表示距离蜜源越远。直线爬行持续1秒钟,表示距离蜜源约1 000米;持续2秒,则约2 000米(如图)。
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
蜜蜂的舞蹈动作,不仅能报告花蜜距巢的远近,还能指示花蜜所在的方向。蜜蜂直线爬行与其面对太阳时的夹角就是蜜源方向偏离太阳的角度。
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
如图为蜜蜂采蜜过程中的三种信息传递的图示,分析它们的不同。
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
生态系统中存在着各种各样的信息,为了便于研究,依据信息传递的方式,我们将生态系统中的信息分为物理信息、化学信息和行为信息。
无论是物理信息、化学信息还是行为信息,它们的传递都有一定的规律。比较三者的传递过程,思考:哪些环节构成了一个完整的信息传递过程
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
完整的信息传递不仅需要产生信息的部位(信息源),如花朵和侦察蜂的舞蹈,也有信息传播的媒介(信道),还需要接收信息的生物或器官(信息受体)。
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
信息传递的一般过程:
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
资料 孔雀既可以通过开屏等行为信息进行求偶,也可通过鸣叫等物理信息与同类交流。当草原返青时,食草动物先在远处通过识别植物的“绿色”(物理信息)来搜寻食物,然后在近处通过植物的气味(化学信息)来辨别和摄取食物。在非洲大陆上,犀牛与牛椋鸟之间有频繁的信息交流,鸟的鸣叫与跳跃可以提醒犀牛附近有危险情况。
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
信息传递的特点:
(1)生物可以通过一种或者多种信息类型进行交流。
(2)生态系统中的信息传递既存在于同种生物之内,也发生在不同生物之间。
(3)多数情况下,信息传递是双向的。
生态系统中信息传递与物质循环和能量流动存在哪些差异
环节一：生态系统中信息的种类（思路一）
(1)物质循环和能量流动借助于食物链进行;信息传递不依赖于食物链,可在同一个物种内传递,也可在不同物种间传递,还可以在非生物环境与生物体之间传递。
(2)能量流动是单向的,物质是可循环利用的,但信息传递往往是双向的,且不能循环利用。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
1.信息：在生态系统中，能够引起生物产生生理、生化和行为反应的各种信号，都称为信息。
2.信息的分类：根据信息在生态系统中传递过程的差异，一般将信息分为物理信息、化学信息和行为信息。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
任务1:请分析你们知道的生态系统中信息交流的实例,说出它们属于哪类信息。
(1)物理信息的实例
①鱼类利用本身的生物电场与地球磁场间的相互作用而完成洄游过程中的定位。
②鸟类的叫声婉转多变,不同的鸣叫声表达了不同的含义,且每个鸟类家族有着自己的“方言”。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
③烟草种子必须要有光才能萌发。
④含羞草在感受到振动刺激时,会有小叶合拢、叶柄下垂等反应。
⑤雄性蟋蟀的鸣叫可以向雌性个体传递发送者的物种（不同物种的雄性蟋蟀有不同的声音)、性别（仅雄性会发声）、位置（声音的方位）以及社会地位（能够保护栖息洞穴周围领地的那只雄性才会鸣叫）等信息。
⑥海豚、蝙蝠等利用声波进行回声定位。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
(2)化学信息的实例
①雌性蚜虫能分泌性外激素,用以引诱雄性个体来交配,但是这种激素也可以吸引蚜虫的天敌大草蛉。
②水蚤能探测到鱼类或无脊椎动物等捕食者释放到水中的化学物质,从而改变形态,比如出现颈齿或头部外壳变大。
③猫、狗肛门腺分泌物使粪便、尿液等具有特殊气味,作为领地记号。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
(3)行为信息的实例
①蜜蜂能够通过“舞蹈”准确地把蜜源的距离、方位等信息告诉其他个体。
②雄孔雀在繁殖季节常展开五彩缤纷的尾屏,漫步走向雌孔雀,轻轻抖动尾屏,发出“唰唰”的声响。孔雀开屏是雄孔雀的求偶炫耀行为,它在雌孔雀面前尽力表现自己,期待获得与雌孔雀交配繁衍的机会。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
物理信息:生态系统中的各种光、颜色、电、磁、声、热等以物理过程为传递形式的信息,属于物理信息。物理信息的来源可以是无机环境,也可以是生物体。
化学信息:生物在生命过程中常会产生一些可以传递信息的化学物质,如昆虫产生的各种信息素等,称为化学信息。
行为信息:动物的某些行为也可以用于同种或异种间的信息传递,这些行为特征称为行为信息。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
资料 蚕蛾的异性吸引很好地展示了化学信息的传递与调控。雌性蚕蛾能够分泌一种使雄性蚕蛾特别敏感的物质。雄性蚕蛾用它们具有感受器的多毛触角去检测这种被称为蚕蛾性诱醇的化学引诱剂。通常雌性蚕蛾安静地原地不动,分泌少量蚕蛾性诱醇,这种挥发性化学物质随风传播。当少量分子到达雄性触角,感受器被激发,雄性蚕蛾迎风飞翔,搜寻发出信息的雌性。
3.信息传递的过程
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
刚开始的搜寻还带有一定的随机性,当两者距离百米左右时,明显的化学信息浓度梯度就能吸引雄性蚕蛾精准地飞向雌性。长期的自然选择有利于雄性触角上的感受器在数千米外就能接收化学信息,保障了化学信息传递的准确性。
雄性蚕蛾发达的触角可以探测到雌性个体的信息
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
雌性蚕蛾→蚕蛾性诱醇→随风传播→雄性触角感受器。
任务2:根据蚕蛾异性吸引的资料,归纳蚕蛾信息传递的过程。
在生态系统中,种群和种群之间、种群内部个体和个体之间,甚至生物和环境之间都存在着信息传递。信息传递需要信息源、发送器官、信道、接收器官和信息受体五个主要部分。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
信息传递的一般过程:
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
资料 科研人员发现,遭到污染的空气中臭氧、硝酸根、氢氧自由基等会改变花的香味分子,造成香味分子的传播距离变短,香味遗留减少,进而导致蜜蜂不能像以往那样轻松地找到花朵。据统计,2015—2016年间,美国超1/4的蜂群消失。
该资料中信息传递的哪个环节出现了异常 引发了什么后果
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
资料 生态系统中的各种生物在各种各样的信息流中充当着信息受体和信息源的角色。例如,某种动物能够发出声音对同种生物进行召唤,同时还能接收到很多种其他生物发出的各种信息。整个生态系统构成了一个复杂的信息传递网络。生态系统中各种信息的作用不是孤立的,而是相互制约、互为因果关系的。在信息传递过程中,信息源和信息受体的角色是可以相互转换的。某一信息的信息源可以是另一信息的信息受体,而某一信息的信息受体又可能是另一个信息的信息源。
4.信息传递的特点
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
(1)信息传递可以发生在同种生物之间,也可以发生在不同种生物之间。
(2)信息传递往往是双向的。
任务3:归纳生态系统信息传递的特点。
环节一：生态系统中信息的种类（思路二）
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路一）
资料 海豚进行捕食、探路、定位和躲避天敌等行为几乎都依赖于超声波。它们可使用频率超过100 kHz的超声波进行“回声定位”。近年来,屡有海豚出现“集体自杀”现象的报道。已有证据表明,人类的舰船、海洋开采活动、某些通信工具在海洋中产生了巨大的噪声,会直接干扰海豚的“定位系统”。
海豚的回声定位示意图
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路一）
有些植物(莴苣、茄、烟草等)的种子必须接收某种波长的光信息,才能萌发生长。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路一）
资料 在自然界中,植物开花需要光信息刺激,当日照时间达到一定长度时,植物才能开花。许多动物都能在特定时期释放用于吸引异性的信息素。经过研究,科学家已分离和鉴定了上千种昆虫信息素,其中大部分是用来传递性信号的。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路一）
资料 2001年,科学家在研究植物与植食性昆虫之间的关系时,发现了一个有趣的现象。当烟草植株受到蛾幼虫攻击后,能够产生和释放可挥发的化学物质。这些化学物质,白天可以吸引蛾幼虫的天敌——捕食者,夜间能够驱除夜间活动的雌蛾,使它们不能在植物叶片上停留产卵。
用箭头在图中完成生态系统结构和功能之间的联系。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路一）
用箭头在图中完成生态系统结构和功能之间的联系。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路一）
总结:
物质循环是能量流动的载体,能量流动是物质循环的动力,信息传递调节物质循环和能量流动。生态系统是通过物质流、能量流和信息流形成的统一整体。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路一）
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路二）
生态系统的信息传递是生物长期进化的结果,可以出现在个体、种群、群落等不同水平上。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路二）
举例说明生态系统的信息传递在个体、种群、群落等不同水平上作用。
1.个体水平
信息传递是维持生物个体生命活动正常进行的重要因素,生物的生长和发育都离不开信息的传递。
2.种群水平
通过信息传递,生物雌雄个体能够相互识别,保证种群的繁衍。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路二）
3.群落水平
种群与种群之间同样发生着复杂的信息联系。信息传递能够调节生物的种间关系,维持生态系统的稳定。植物在新陈代谢过程中产生的化学物质,有可能对其他植物的生长、发育产生影响。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路二）
4.信息传递、能量流动和物质循环相互依存并协同作用。
能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的主要功能,三者同时进行,彼此相互依存、不可割裂。能量在生态系统中的固定、转换和释放,离不开物质的合成、转化和分解,也都伴随着信息的产生、传递和响应。能量是生态系统的动力,使物质能够连续地在生物群落和无机环境间循环利用;物质作为能量的载体,使能量能够沿生态系统食物链(网)流动;信息传递则调节着能量流动和物质循环的方向和强度。
环节二：信息传递在生态系统中的作用（思路二）
在生态系统中,物质循环利用,能量单向流动,信息双向传递。信息传递的双向性,加强了生物群落与非生物因素之间、生物与生物之间的联系,形成了生态系统的自我调节机制,从而保持生态系统结构和功能的相对稳定。生态系统的各组分正是通过能量流动、物质循环和信息传递三者的协同作用,形成一个统一的有机整体。尊重自然、顺应自然、保护自然,才能使天更蓝、水更清、草更绿。
环节三：信息传递在农业生产中的应用
世界上每年有大面积的农田、草原和森林遭受病虫害、鼠害、鸟害。目前控制动物危害的技术方法大致有三种:化学防治、生物防治和机械防治。
在有害生物的防治中,有些就是利用信息来发挥作用的,如利用光照、声音信号诱捕或驱赶某些动物,或通过引入天敌、寄生物等降低有害动物的种群密度。
环节三：信息传递在农业生产中的应用
利用化学信息防治害虫的实例。
环节四:验证昆虫之间是否存在化学信息的传递
思考:
1.如何捕获雌蛾
2.设置几组实验
3.每组做怎样的处理
4.出现什么样的结果能够证明你的假设
环节四:验证昆虫之间是否存在化学信息的传递
实验步骤(供参考):
(1)根据生活经验,选择能捕到雌蛾的场所,就地捕获雌蛾,放在通气良好的容器中,留作实验用。
(2)将窗纱裁成3块,每块包裹1个笼子,再将其中1个笼子用遮光布包裹。
环节四:验证昆虫之间是否存在化学信息的传递
(3)在夜幕降临后,将上述3个笼子等距放在农田或林地附近的空地上,或者放在其他适宜的场所,距离为30~50 m,再将捕获的雌蛾分别放入2个笼子中(其中1个是覆盖了遮光布的笼子),每个笼子放3只雌蛾。第3个笼子什么也不放。等待2~3 h,观察每个笼子的情况,记录观察到的现象。描述观察到的结果并进行讨论,得出探究结论。
核心总结
课堂练习
1.蚜虫的粪便中有含有糖分的黏液，称为“蜜露”。蚂蚁非常喜欢吃“蜜露”，常用触角拍打蚜虫背部，通过拍打产生的振动频率促使蚜虫分泌“蜜露”。蚜虫受到其天敌瓢虫袭击时,会从尾部发出报警信息素,将危险信息通知其他蚜虫,同时蚂蚁接收到报警信息素就会赶来驱除蚜虫的天敌。下列相关叙述错误的是 ( )
课堂练习
A.蚂蚁拍打蚜虫背部产生的振动频率属于物理信息
B.蚂蚁吃“蜜露”的过程中,蚜虫同化的能量的一部分传递给蚂蚁
C.化学信息可以在同种或异种生物间传递
D.信息能调节生物的种间关系,进而维持生态系统的平衡与稳

课堂练习
2.在鸟类巢寄生行为中,寄生生物和寄主之间在协同进化,寄生生物通过一定的识别信息将卵产于寄生巢中,寄主通过增强对寄生卵的颜色和斑纹的识别能力来降低被寄生的可能性。模型卵常被广泛用于验证和测试寄主对外来寄生卵的识别能力。鸟类研究者尝试利用模型卵来测试鸟类的卵识别能力,研究杜鹃(寄生生物)和其寄主的行为关系。下列叙述错误的是 ( )
课堂练习
A.寄主通过物理信息识别杜鹃卵来防御巢寄生
B.制作模型卵应考虑大小、形状、颜色和斑纹等因素
C.杜鹃和其寄主之间的信息传递是单向的
D.用模型卵可以防止对真卵的破坏,从而保护鸟类

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