高中生物疑难精讲58 | 选必2 3.4 生态系统的信息传递

信息传递、能量流动、物质循环是生态系统的三大核心过程，三者有什么关系？为什么说"信息传递可调节生物种间关系"？植物能"感知"和"传递"信息吗？植物信息传递与动物信息传递有什么不同？

【本期导语】

1973 年，Karl von Frisch 因发现蜜蜂舞蹈语言获得诺贝尔生理学或医学奖。他发现蜜蜂用"摇摆舞"（waggle dance）和"圆形舞"（round dance）传递食物信息——舞蹈的方向、距离、强度对应着太阳方位、食物距离、食物品质。这只是生态系统信息传递的冰山一角。生态系统还通过物理信息（光、声、电、磁）、化学信息（激素、信息素）、行为信息（求偶、迁徙、警告）进行广泛交流。本期我们看清生态系统中"信息"如何被产生、传递、接收与解读，以及信息传递对生态系统调节的关键作用。

一、信息传递的三大类型

1. 物理信息

📖 教材原话（人教版选择性必修2 P68）：生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等，通过物理过程传递的信息，称为物理信息。

物理信息是以物理形式传递的信息——光、声、温度、湿度、磁力、电场等。典型案例：①光信息——昆虫趋光性、植物向光性、候鸟迁徙利用光周期；②声信息——蛙鸣、蝉鸣、蝙蝠回声定位、鲸鱼歌唱、鸟叫；③温度信息——动物冬眠感知温度下降；④湿度信息——土壤含水量影响蚯蚓活动；⑤磁信息——候鸟、海龟利用地磁导航；⑥电场信息——某些鱼类（电鳗、鲨鱼）用电场感知环境。

2. 化学信息

📖 教材原话（人教版选择性必修2 P68）：生物产生的某些化学物质（如性外激素、信息素）可以在生物个体或种群之间传递信息，称为化学信息。

化学信息是以化学物质传递的信息——性外激素、报警信息素、聚集信息素、追踪信息素等。典型案例：①性外激素——雌蚕蛾释放性信息素吸引雄蚕蛾（顺-8-癸烯醇乙酸酯，可传播数公里）；②报警信息素——蚜虫被天敌攻击时释放报警信息素，警告同伴；③聚集信息素——蚂蚁、蜜蜂的聚集信息素维持群体；④植物化学信息——植物释放挥发性有机物（VOCs）吸引传粉者、警告同种植物。

3. 行为信息

📖 教材原话（人教版选择性必修2 P69）：生物的特殊行为特征在同种或异种生物之间传递的信息，称为行为信息。

行为信息是通过特殊行为传递的信息——蜜蜂舞蹈、孔雀开屏、狼群姿势语言、求偶舞蹈等。典型案例：①蜜蜂舞蹈——摇摆舞、圆形舞传递食物位置、距离、品质；②孔雀开屏——雄孔雀展开尾羽传递求偶信号；④狼群姿势——头狼通过身体姿势、声音控制狼群秩序；⑤灵长类声音——黑长臂猿晨鸣、猩猩发声传递领域与情感信息；⑥鸟类求偶舞蹈——天鹅、鹤、极乐鸟的复杂求偶仪式。

4. 三类信息的"生物学本质"

三类信息各有特点：①物理信息——非特异性、环境主导；②化学信息——特异性强、可远距离传播、持久；③行为信息——即时、可双向、需接收者具有解读能力。三者在生态系统中常常配合使用——例如昆虫求偶时常结合声（鸣叫）、化学（性外激素）、行为（求偶舞蹈）三重信号。

二、信息传递在生态系统中的作用

1.生命活动的正常进行，离不开信息的作用

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”。

有些植物（如莴苣、茄、烟草）的种 子必须接收某种波长的光信息，才能萌发生长。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。

2.生物种群的繁衍，也离不开信息的传递。

信息传递对种内关系至关重要：①性信息——性外激素、求偶行为等使异性相遇，完成交配；②社群信息——狼群、猴群、蜂群、蚁群通过行为、声音、信息素维持社群结构；③亲代信息——亲鸟通过叫声辨识幼鸟、传递警告；④迁徙信息——候鸟通过磁场、光周期、群体行为完成迁徙。

信息传递对繁衍有特殊作用：①性外激素——性成熟个体的性外激素可吸引异性、刺激交配；②求偶行为——孔雀开屏、雄鹿争斗等求偶行为决定"谁获得配偶"；③产卵信息——某些鱼类的产卵行为受光照、温度、化学信号调控；④孵化信息——某些爬行动物的孵化温度决定性别（TSD）。

信息传递通过调节种间关系维持生态系统稳定：①捕食者-猎物信息——猎物通过气味、行为识别捕食者，提前逃避（如鹿通过嗅闻捕食者气味逃逸）；②食物信息——捕食者通过猎物的声、味、动定位食物（如鲨鱼嗅血腥）；③共生信息——传粉者-植物化学信息维持共生；④领域信息——动物通过叫声、气味划定领域，避免过度拥挤。

4. 信息传递在农业中的应用

信息传递规律在农业生产有广泛应用：①利用性外激素诱捕害虫——用人工合成的性外激素引诱雄虫，集中消灭；②利用报警信息素——干扰害虫行为，减少农药使用；③利用植物挥发性物——种植"诱集植物"吸引害虫离开主作物；④利用动物行为——训练猎鹰驱鸟、用声波驱赶啮齿动物；⑤利用光信息——调整光照时间提高蛋鸡、奶牛产量。

【疑难1】信息传递、能量流动、物质循环是生态系统的三大核心过程，三者有什么关系？

生态系统三大核心过程的关系：①能量流动——单向、递减、不可循环（热力学定律决定）；②物质循环——循环、全球性（元素守恒决定）；③信息传递——双向、可逆（信息可被多个个体接收、可被多次使用）。

三者共同构成生态系统的功能：①能量流动是动力——驱动生态系统的所有过程；②物质循环是基础——元素在生态系统中循环形成"物质基础"；③信息传递是调节器——调节种间关系、种内关系，维持系统稳定。

三者关系：能量流动和物质循环是"载体"，信息传递是"调控者"。没有信息传递，生态系统就缺少调节机制；没有能量流动和物质循环，生态系统就缺乏物质基础。

📚 相关资料：孙儒泳《动物生态学原理》（第4版）。生态系统的三大核心过程是能量流动（单向、递减）、物质循环（循环、全球性）、信息传递（双向、可逆）；三者共同构成生态系统功能，能量是动力、物质是基础、信息是调节器。

【疑难2】为什么说"信息传递可调节生物种间关系"？

信息传递调节种间关系的实例：①捕食-猎物信息——猎物的气味、行为触发捕食者的捕食，但同时猎物通过"报警信息素""警戒叫声"逃避捕食，形成动态平衡；②传粉-植物信息——花的颜色、气味、形状吸引传粉者，传粉者从花中获取花蜜，形成互利共生；③寄生-宿主信息——寄生者利用宿主的化学信号定位宿主，宿主的免疫系统识别寄生者；④竞争信息——动物通过领域叫声、气味传递"领地"信号，避免正面冲突。

种间关系是"关系类型"，信息传递是"调节机制"；同一种间关系可由多种信息传递实现；③信息传递决定种间关系的"具体形式"。

⚠️ 辨析提示：信息传递是"如何沟通"、种间关系是"沟通后如何相互影响"。

📚 相关资料：孙儒泳《动物生态学原理》（第4版）。信息传递调节生物种间关系是机制层，种间关系五大类型是结果层；二者不可混淆——同一种间关系可由多种信息传递机制实现，信息传递决定种间关系的具体形式与动态。

【疑难3】植物能"感知"和"传递"信息吗？植物信息传递与动物信息传递有什么不同？

植物能感知和传递信息：①植物感知环境信息——光（向光性）、温度（春化作用）、重力（向地性）、水分（向水性）、化学物质（化感作用）；②植物释放化学信息——挥发性有机物（VOCs）吸引传粉者、警告同种植物、抑制竞争植物；③植物根系间通信——通过菌根网络（"菌根互联网"）传递化学信号，警告相邻植物虫害风险（Simard 等 1997 Nature 经典研究）；④植物的"电信号"——动作电位传递（如含羞草受触碰信号传播）。

植物和动物信息传递的不同：①植物无神经系统——信息传递慢（化学扩散需数小时到数天）、范围窄（仅局部）；②动物有神经系统——信息传递快（电信号毫秒级）、范围远（声、光可远距离）；③植物以化学信息为主——动物以物理+化学+行为信息综合；④植物信息传递多用于"防御+生长调节"，动物信息传递多用于"社群+求偶+捕食/逃避"。

📚 相关资料：孙儒泳《动物生态学原理》（第4版）。植物能通过光、温度、重力、化学物质感知环境，并通过挥发性有机物、菌根网络、电信号传递信息；植物信息传递以化学为主、速度慢、范围窄，与动物以神经为基础的快速远距离传递形成对比。

【真题演练】

【下期预告】

本期补齐生态系统的第三大功能过程：①物理（光、声、温）、化学（信息素）、行为（求偶舞）三类信息；②信息传递调节种间关系、利于种群繁衍、保障个体生存；③它与能量流动、物质循环并列为系统的三大功能。

系统三大过程齐备，可它靠什么“稳住”自己？20 世纪 70 年代“稳态转换”研究揭示：湖泊可能在某个临界点由清突然变浊，且难以逆转。为何有的扰动能自愈、有的却整体崩塌？选必2 3.5（一）生态系统的稳定性讲负反馈调节与自我调节能力的限度。

【参考文献】

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