一、你知道物种的概念吗
从林奈开始，我们确定了自然界是由物种组成的；从达尔文开始，我们知道物种是不断演化的。然而，对于物种的标准，即如何定义物种，生物学家们仍争论不休，无法统一标准。直到今天，物种仍是生物学中最具争议的一个概念。然而，物种是生物世界的基本结构单元。
现代普遍接受的物种定义为：物种是一级生物分类单元，代表一群形态上、生理、生化上与其他生物有明显区别的生物。通常这群生物之间可以交换遗传物质，产生有生育能力的后代。这种定义也称为生物种定义，或生殖种定义。
物种与物种以上分类单元不一样，是一个可以随时间而变化的个体集合，是真实的存在。物种是生物多样性，即遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性中的基本层次。
到目前为止，读者可能会问：生物为什么以物种存在？
物种是生物对环境异质性的应答，是生物进化的基本单元，是生态系统的基本功能单元。最重要的一点，生物物种的不连续性抵消了有性生殖所带来的遗传不稳定性。所以，生物以物种存在。
然而，物种是一个颇有争议的概念。从达尔文时代开始，物种的概念一直在演化。尽管我们强调生物种的概念，但是在实践中以生殖隔离来区分物种常常是不可取的。然而，若不以生殖隔离来区分物种，物种的分类只能依靠专家的经验标准。在不同的动物类群中，分类学家划分物种的标准不同，大家无法统一物种的标准。现在除了生物种概念以外，还存在模式种、生态种、时间种、分支种等物种概念。
模式种概念：源于柏拉图和亚里士多德的哲学思想，即宇宙的多样性是存在宇宙中的有限数目的“模”。每一个种有标准的形式，即所谓的形态“模”。
唯名论种概念：达尔文在《物种起源》一书中有如下描述“物种这个名词，我认为完全是为了方便起见任意用来表示一群相互密切类似的个体的”。看来，即使专门研究物种起源的达尔文对于物种概念的实质也是不清楚的。（图片1）
群体种概念：生物种是一些具有形态和遗传相似性的种群组成，种内个体的相似性大于种间个体的相似性。
表型种概念：生物种是表型上能识别的生物个体的集合。
生态种概念：物种是生态系统的功能单元，每个物种占据一个生态位。
时间种概念：当一个物种的后代随着时间的演化，当表型的差异足以区别与其祖先区别时，那么，一个新的时间种形成了。
分支种概念：针对物种在空间上是间断分布的而在时间中是连续的之悖论，德国动物学家威利·亨尼希及他的追随者建立了支序理论，他认为与其将生殖隔离作为种的标准，不如将生物进化每个分支事件，即两个线系的衍征产生作为物种的识别标准。
二、全球与中国的物种
40亿年前，海洋开始孕育生命物质，地球生命的脉搏开始跳动。亿万年来，生命不断产生、进化，又不断衰退、灭亡，经历了沧桑巨变，最终演化形成了今天地球上这一生机勃勃、繁花似锦的生命格局。
一、世界上有多少物种？
“世界上有多少物种”这个问题是着名理论生态学家罗伯特·梅的一篇着名论文的标题。令生物分类学家难堪的是，我们还不知道目前地球上生物物种的确切数目。全世界大约有1300万至1400万个物种，但科学家描述过的仅约有175万种。实际上，科学家描述过的物种和被认为是有效物种的准确数目对大多数类群来说是不清楚的。人们对高等植物和脊椎动物的了解相对比较清楚，对其他类群如昆虫、低等无脊椎动物、真菌等次之，最不了解的还是微生物。对某些已经描述过的类群，物种数目是相对准确的。如到1991年已记录的细菌有3058种，但仍然有很大一部分细菌没有被记录(WCMC，1992)。即使已经记录的物种，不同的分类学家的分类标准不完全相同，所以，不同的分类学家估计的物种数目不同。每年世界上都有新的物种被发现。哺乳动物是一个研究得较为深入的类群，但1992年5月在越南的原始森林中仍然发现了一个新属Pseudoryx。几乎是在同一时间，在纳米比亚的热带雨林中也发现了紫葳科的一个新属，是当地森林建群种。May发现，从长度为10米到长度为1厘米的动物长度每减少十分之一，物种数目将增加100倍。如此看来，我们对昆虫、低等无脊椎动物等的物数目了解还远远不够。
二、中国有多少物种？
我国疆域辽阔，地形气候复杂，南北跨越寒、温、热三带，生，态环境多样，孕育了丰富的物种资源。同时，由于中国具有独特的自然历史条件，特别是第三纪后期以来，中国的动植物区系受冰川影响较小，保留了许多北半球其他地区早已绝灭的古老孑遗和残遗的种类（吴征镒，1980）。中国动植物区系具有自己的特色。（图片2）
我国是生物多样性丰富的国家之一，从已记录的物种数目上来看，中国哺乳类物种数目居世界第3位，鸟类物种数目居世界第10位，两栖类物种数目居世界第6位，种子植物物种数目居世界第3位。即使如此，新分类群和新记录仍在不断被发表和增加。各类群研究工作的深度和广度已差异很大，如占生物界56.4%的昆虫(表2-2)，估计在中国有15万种以上的昆虫，而已定名的只有5万l千种左右，约占总数的四分之一(陈灵芝，1993)。相对来说，哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类及鱼类，苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物中已知种数较为清楚（贺金生、马克平，1997）。
三、你需要知道的生物与环境关系
在一个温暖的夏季早晨，当太阳升起的时候，内布拉斯州的一个“小镇”已经充满了生机和活力。一些“居民”在为建设自己的家园而努力工作——它们在地下搞“建设”，那里尽管黑，但颇为凉爽；另一些“居民”正在为早餐采集植物果子；“小镇”上的一些年幼的“居民”在嬉戏玩耍，在草地卜相互追逐。
突然，一位年长者发现一个可怕的影子正在接近——天敌已经出现在天空中！这位年长者大叫了几声，向同伴发出了警告。一瞬间，“小镇”上的“居民”立即躲进了地下室。除了一只鹰在天空中盘旋外，“小镇”变得十分宁静。
你猜出这是一个什么样的“小镇”了吗？答案为，这是一个在内布拉斯州平原的草原犬鼠“小镇”。当这些草原犬鼠在打地洞、寻找食物和躲避鹰的袭击时，它们就与周围的环境发生了相互作用。草原犬鼠既要与生物，如草地和鹰等发生相互作用；又要与非生物，如土壤等发生相互作用。在一个特定的区域中，所有相互作用的生物与非生物构成一个生态系统。
草原仅仅是地球上许多生态系统中的一种。生物能安家的另一些生态系统包括山溪、深海和密林等。
栖息地
草原犬鼠是一种生物。生物生活在一个生态系统中的某个特定的位置。一种生物为了生存、成长和繁殖，必须从其周围的环境中获取所需的食物、水、庇护场所和其他物质。生物生活于其中，并且能给生物提供生存所需物质的场所，称为栖息地。（图片3）
一个独立的生态系统包含了许多的生物栖息地。例如，在一个森林生态系统中，蘑菇长在潮湿的土壤上，野兔生活在森林的地面上，白蚁生活在大树枝干的皮下，啄木鸟则在枝干上筑巢。
生物之所以在不同的栖息地生活，是因为它们有不同的生存需要。草原犬鼠从它的栖息地获取其生存所需的食物和窝巢。草原犬鼠在热带雨林或海岸岩石带上就不能生存。同样，草原满足不了大猩猩、企鹅和寄居蟹的生存需要。
生物因素
每个生物都与它所处的环境中的其他生物和非生物发生相互作用。一个生态系统中的生物部分称为生物因素。草原犬鼠所处的生态系统中的生物因素包括牧草和能提供种子和果仁的植物。捕食草原犬鼠的鹰、鼬、獾也是生物因素。此外，牧草下土壤里的蚯蚓、真菌和细菌也是生物因素。当这些生物分解其他生物的遗体时，它们提供了营养物，使得土壤保持肥沃。
想一想 说出你周围环境中的一个生物因素。
非生物因素
一个生态系统中的非生物部分称为非生物因素。在大草原中对生物产生影响的非生物因素与大多数生态系统的情况是十分相似的。这些非生物因素包括：水、阳光、氧气、温度和土壤等。水一切生物都需要水来维持生命。水也是大多数生物体的主要组成部分。例如，人体大约65%是水，西瓜中的水超过95%。实际上，水对植物和藻类而言是非常重要的，这些生物利用水，与阳光和二氧化碳一起进行光合作用，形成所需的养料。另一些生物通过吃植物和藻类而获得能量。
阳光 阳光对植物的光合作用来说是必不可少的，所以，对于植物、藻类和其他生物来说，阳光是一个需要的非生物因素。在阳光照不到的地方，例如，在黑暗的洞穴里，植物是很难生长的。没有植物和藻类提供食物来源，只有极少数特殊生物能够生存。
氧气 大多数生物需要氧气来维持生命。氧气对人类生命活动是非常重要的，假如没有氧气，我们只能存活几分钟。生活在陆地上的生物从空气中获得氧气，空气中氧气占21%。鱼和其他水生生物从水中获得溶解在其中的氧气。
温度 一个地区的气温特点决定了生活在这个地区生物的种类。例如，如果到炎热的热带岛屿作一次旅行，你将会看到许多棕榈树、漂亮的木槿花和小蜥蜴，这些生物在寒冷的西伯利亚平原不能生存。而具有厚厚毛皮的狼和树枝短粗的矮柳树能适应西伯利亚狂风呼啸的冬季。
有些动物通过改变环境，来克服酷热或严寒的气温状况。例如，北美草原犬鼠在地下挖洞作巢，可以躲避夏季烈日。在寒风刺骨的冬季，它们在洞穴里铺上草，可以保暖。
土壤 土壤由岩石碎片、营养物、空气、水和生物腐烂后的残留物等构成。不同区域的土壤，上述物质的含量也不同。一个区域的土壤类型影响着在这里生长的植物种类。许多动物，如草原犬鼠用土壤本身做窝。数以亿计的微生物，如细菌，也生活在土壤里。这些微生物通过分解其他生物的遗体，在生态系统中扮演了重要的角色。
四、我们来研究一下生物种群吧
什么是生物种群
1900年，一些旅行者在德克萨斯州发现了面积是达拉斯城两倍大的一个草原犬鼠“都市”。这个四通八达的“都市”居然拥有4亿只以上的草原犬鼠！所有这些草原犬鼠属于一个物种，即生物的一个种类。同一物种的生物，具有相同的身体特征，并能相互交配而生育后代。
在一个特定区域中，一个物种的所有成员被称为生物种群。德克萨斯州这个“都市”的4亿只草原犬鼠就是一个生物种群。纽约城所有的鸽子也是一个生物种群。
一块田里所有的雏菊也一样。但是，一个森林中所有的树并不构成一个种群，因为这些树并不属于同一个物种，里面也许有松树、枫树、桦树和其他许多种类的树。
一个生物种群所生活的区域可以是一片草地那么小，也可以是整个草原那么大。研究一种生物的科学家、通常会把他们的研究限制在一个特定区域内的一个生物种群上。例如，他们会研究一个池塘里的蓝鳃鱼种群的数量，或是在佛罗里达州南部大沼泽地研究鳄鱼种群的数量。（图片5）
当然，有些生物种群不会呆在一个固定的区域。例如，要研究长须鲸种群数量，科学家可能要把整个大洋作为研究对象。
怎样来确定种群的大小
确定生物种群大小的方法有：直接和间接的观察、生物取样、标记与再捕获研究。
直接观察 很显然，我们可以用一个一个地数清所有生物个体的方法去确定一个种群的大小。你可以数一数一条河沿岸生活的所有白头鹰，一片森林中所有的红枫树，或者肯尼亚一个山谷里的所有大象。间接观察有时，一个生物种群的成员很少或很难寻找，这时就不宜采用直接观察的方法，而是根据生物的行踪或一些识别物来观察。红石燕筑成的泥窝，每个窝都会有一个小洞口。通过统计这些小洞口，你们能够确定这个区域筑窝的红石燕家庭的数量。假设每个家庭平均有4只红石燕：父母和两个子女。如果这里有120个窝，你就可以推断出红石燕的数量为120乘以4，即480只。
取样 多数情况下，要统计出一个生物种群的准确数量几乎是不可能的。一个种群也许非常大，或者分布在一个很广阔的区域，所以很难找到所有的生物个体，或很难确定哪些生物个体已经被统计过了。因此，生态学家们通常只做一个估计。一个估计值是一个建立在合理假设基础上的一个近似值。
一种估计方式是通过在一个小地域内统计生物的数量（一个样本），再乘以相应的倍数，来确定一个较大地域内生物个体的数量。要得到一个准确的估计，这个小区域应与较大地域具有相同的种群密度。例如，假设你在树林中10米×10米面积上统计有8棵红枫树，如果整片树林的面积是它的100倍，那么你可以把统计数再乘上100，估计出整片树林全部红枫树的数量——约有800棵。
标记与再捕获研究 另一种估计方法是一项称为“标记与再捕获”的技术。这项技术之所以叫这个名称，是因为一些动物先前被捕获，并作上了标记，再放回到自然环境之中。然后再抓捕一批动物，通过这批动物中带标记动物的数量，就能算出该动物整个种群的个体数量。例如，如果第二次抓捕的动物中有一半已做过标记，就意味着第一次样本的动物数量大约是整个总量的一半。（图片6）
这里有一个实例，可以说明标记与再捕获研究的工作过程。首先，在一个地域范围中，用一种非伤害性的捕捉器来捕捉白足鼠。生态学家统计捕获的数量，并在每只白足鼠身上用一些染发剂做上标记，然后把它们放回地里。2周以后，研究人员再次回到原地域，捕捉白足鼠。他们数一数其中有多少白足鼠带有上次被抓获的标记，有多少白足鼠没有做过标记。运用数学方法，科学家能够估计出这个地域白足鼠种群的个体总量。你也可以在这节结束的“生活实验室”里尝试这个方法。
生物种群大小的变化
生态学家经常回到一个特定区域采用上述三种方法中的一种进行研究，经过一段时间，就能监控该区域生物种群的大小。有新成员进入种群，或种群中有成员离开时，种群的大小会发生变化。出生与死亡新的成员加入种群的主要方式是繁衍后代。种群的出生率是指在某个时期内一个种群中生物个体的出生数量。例如，假设一年内有1000只雪雁繁殖了1400只幼雁，这个种群的出生率就是1400只/年。