AHL: 保护生物学

IB 生物 HL· Theme C: Interaction and Interdependence, AHL Topic 10· 20 分钟阅读

1. 生物多样性：组成与测量★★☆☆☆HL 专属⏱ 5 min

✓ 计算器

📘 定义

生物多样性

所有生物有机体及其生态系统的总变异，包含三个相互关联的层次：遗传多样性（物种种内的基因组变异）、物种多样性（群落内的物种变异），以及生态系统多样性（区域内的栖息地变异）。

例:

珊瑚礁在所有三个层次上的生物多样性都远高于开阔大洋。

物种多样性是IB生物学中最常测量的生物多样性形式，它包含两个组成部分：物种丰富度（不同物种的数量）和均匀度（各物种个体的相对丰度）。量化物种多样性的标准指标是辛普森多样性指数。

D = 1 - \frac{\sum n(n-1)}{N(N-1)}

📐 例题

对一片温带草原的调查得到以下草种个体数量：多年生黑麦草Lolium perenne15株，紫羊茅Festuca rubra10株，草地早熟禾Poa pratensis4株，无芒雀麦Bromus inermis1株。计算该群落的辛普森多样性指数。

1
计算总个体数 $N$ ：
$N = 15 + 10 + 4 + 1 = 30$
2
计算每个物种的 $n (n - 1)$ ，然后对结果求和：$
3
$\sum n(n-1) = (15 \times 14) + (10 \times 9) + (4 \times 3) + (1 \times 0) = 210 + 90 + 12 + 0 = 312$
4
计算 $N (N - 1)$ ：
$30 \times 29 = 870$
5
代入公式得到 $D$ ：
$D = 1 - \frac{312}{870} = 1 - 0.359 = 0.641$
6
解读结果：辛普森 $D$ 的取值范围为0（无多样性，仅一个物种）到1（最大多样性）。0.641的结果表明该群落具有中等多样性。

Exam tip:

在考试计算类题目中，即使是简单的算术，也要始终写出所有计算步骤，才能获得全部方法分。

2. 灭绝：风险因素与成因★★★☆☆HL 专属⏱ 6 min

📘 定义

灭绝

当一个物种不存在存活个体时，该物种在全球范围内永久消失。灭绝是自然过程，但由于人类活动，当前灭绝速率是背景速率的100-1000倍。

例:

旅鸽Ectopistes migratorius于1914年因人类过度捕猎灭绝。

某些生物学特征会让物种更易灭绝：种群规模小、遗传多样性低、地理分布范围受限、特化栖息地需求、繁殖率低，以及特有性（仅分布在一个地点）。人类活动是现代灭绝的主要驱动因素。

📐 例题

解释为什么与分布广泛的大陆物种相比，特有岛屿物种面临的灭绝风险高得多。

1
特有岛屿物种的地理分布范围极其受限，因此任何局部干扰（例如森林砍伐、火山爆发）都可能消灭整个全球种群。
2
岛屿种群通常规模较小，由于建立者效应和遗传漂变，它们的遗传多样性较低。这降低了它们适应气候变化或疾病等新威胁的能力。
3
许多岛屿物种在没有哺乳动物捕食者的环境中进化，因此缺乏防御行为，极易受到老鼠、猫和山羊等引入捕食者的影响。
4
由于所有这些原因，已知现代灭绝中超过60%是特有岛屿物种。

3. 就地保护★★★★☆HL 专属⏱ 7 min

📘 定义

就地保护

在物种自然完整的栖息地中保护物种，维持所有自然生态相互作用和进化过程。

例:

国家公园、荒野保护区和野生动物廊道都是就地保护的例子。

就地保护是长期保护生物多样性的首选核心策略，因为它保护整个生态系统及其中的所有物种，而不仅仅是单个濒危物种。有效的就地保护要求保护区足够大，能支撑可存活种群，边缘效应最小，并且通过廊道连接减少碎片化。

📐 例题

评估野生动物廊道作为缓解栖息地碎片化策略的作用。

1
栖息地碎片化将大型连续种群分割为小型孤立亚种群，导致基因流减少、近交衰退增加，从而提高灭绝风险。
2
野生动物廊道是连接碎片化栖息地斑块的狭窄完整自然栖息地带，允许个体在亚种群之间移动。
3
优点：恢复孤立种群之间的基因流，减少近交衰退，允许物种随着气候变暖移动范围以追踪适宜气候，维持迁徙等生态系统过程。
4
缺点：可能促进入侵物种和传染病在种群之间传播，需要额外土地，可能与农业或城市发展冲突，维护成本可能很高。
5
结论：设计合理的野生动物廊道是减少栖息地碎片化负面影响的高效策略。

4. 迁地保护★★★☆☆HL 专属⏱ 6 min

📘 定义

迁地保护

对濒危物种在其自然栖息地外进行保护，是就地保护无法阻止物种立即灭绝时采用的最后干预手段。

例:

动物园、人工繁育项目、植物园和全球种子库都是迁地保护的形式。

迁地保护允许研究人员保护遗传多样性，通过人工繁育扩大种群规模，最终将个体重新引入恢复后的野生栖息地。例如，种子库可以在低温下长期保存作物和濒危植物的遗传多样性。

📐 例题

比较就地保护和迁地保护的优缺点。

1
就地保护优点：保护整个生态系统和所有生态相互作用，允许自然选择和进化持续进行，长期成本更低，同时支持多个物种。
2
就地保护缺点：无法保护物种免受全球气候变化或大流行病等广泛威胁，需要大片完整栖息地，而这类栖息地可能已不存在。
3
迁地保护优点：阻止极危物种立即灭绝，支持研究和公众教育，可以保护原本会丧失的遗传多样性。
4
迁地保护缺点：仅能保存原始遗传多样性的很小一部分，长期维护成本极高，无法保存自然生态系统相互作用，人工繁育个体野化放归后的存活率通常很低。
5
结论：最有效的保护项目以就地保护为核心策略，迁地保护作为高风险物种的补充后备手段。

5. 常见陷阱

错误做法:

将低辛普森D值解读为高生物多样性

原因:

辛普森指数的公式结构是D随多样性增加而升高，但很多学生颠倒了这个尺度

正确做法:

记住：D的取值范围为0（仅一个物种，无多样性）到1（最大多样性）。D越高 = 多样性越高

错误做法:

混淆就地保护和迁地保护的定义

原因:

学生在考试答题描述例子时经常搞混这两个术语

正确做法:

使用简单记忆法：In（就） = 在自然栖息地中，Ex（迁） = 离开自然栖息地

错误做法:

认为迁地保护总是优于就地保护

原因:

很多学生夸大了人工繁育的作用，忽略了保护整个生态系统的好处

正确做法:

就地保护是首选的核心策略；迁地保护仅作为极危物种的最后补充手段

错误做法:

将物种多样性定义为仅指物种数量

原因:

学生在定义中忘记包含均匀度（相对丰度），会丢失考试分数

正确做法:

物种多样性包含两个组成部分：物种丰富度（物种数量）和均匀度（各物种的相对丰度）

错误做法:

假设分布广泛的大型物种灭绝风险更高

原因:

学生错误地将大体型与更高风险关联，忽略了种群规模和分布范围的作用

正确做法:

分布受限的小型特有种群由于遗传多样性低，易受局部干扰，因此灭绝风险最高

6. 速查表

概念	核心定义	考试提示
生物多样性	遗传、物种、生态系统三个层次的变异	同时包含丰富度和均匀度
辛普森D指数	$D = 1 - \frac{\sum n ( n - 1 )}{N ( N - 1 )}$	0 = 低多样性，1 = 高多样性
灭绝风险	特有、小型、特化种群风险更高	人类活动导致大多数现代灭绝
HIPPO	人类对生物多样性的威胁	栖息地丧失、入侵物种、污染、人口增长、过度开发
就地保护	在自然栖息地中保护	首选核心策略
迁地保护	在自然栖息地外保护	最后后备手段，例子：动物园、种子库

7. 常见问题

物种丰富度和物种多样性的区别是什么？

物种丰富度仅指群落中不同物种的数量。物种多样性结合了丰富度与均匀度，即各物种的相对丰度。两个物种丰富度相同的群落，如果其中一个由单一物种主导，它们的多样性会差异很大。

什么时候适合采用迁地保护？

迁地保护仅作为最后手段使用，当就地保护无法阻止极危物种立即灭绝时才会使用。它始终与就地保护策略结合使用，不能替代就地保护。

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

2024 · Paper 2
评估就地保护策略
2023 · Paper 1
识别灭绝风险因素
2022 · Paper 3
计算辛普森多样性指数

深入阅读

下一步

保护生物学是一门应用AHL主题，符合IB生物学对真实全球挑战的关注，经常在试卷2的拓展回答题和试卷3的数据分析题中考查。你经常会被要求评估保护策略或计算生物多样性指数，因此练习这些技能是考试成功的关键。本主题建立在核心生态学概念的基础上，为理解人类活动如何改变全球生态平衡，以及我们如何缓解生物多样性丧失提供基础。要继续备考，可以探索以下相关主题：