生物

具有生命的物体。现在只知道地球上有生物，它们生活在地球的生物圈中。生物圈夹在地球的大气圈和岩石圈之间。生物的种类繁多。生物科学将物种做为生物种类区分的基本单位。以林奈为代表的主导见解认为物种是固定不变的，每一个物种都可以某一典型标本为代表，和这典型标本的性状相同的生物及其后代都属于同一物种。19世纪，以达尔文学说为代表的生物进化和物种起源学说，阐明了物种并不是固定不变的，而是地球与整个生物界进化和歧化的表现。新的物种从先在的物种歧化形成，每一个物种都经历形成、发展和消灭的过程。辛普森（G.Simpson，1965）估计，现在活着的生物大约有200万种，而在整个的生物史中，曾经存在过，现已消灭的生物种类是现在活着的种类的400倍以上。

现代的观点，物种是一个群体概念。生物在传代、繁殖过程中，个体之间既有高度保守和相似的基因结构和表现属性，又有由于基因变异而表现为个体与个体之间的些许差异。对于以有性过程为主要传代和繁殖的生物，物种的定义可以简述为：“具有高度相似的基因结构和表现属性，并且能够互相交配、繁育的群体”-（温伯格S.L.Weinberg，1974）。能否互相交配和繁育，在理论上和实践上都是十分关键的。**，它是质的概念，能或不能，而不是量的差别，如相似的程度。其次，互相交配本身就是克服歧化、保持物种内的个体的相似性的重要机制。以无性繁殖为主的生物，例如细菌，同种与异种的区分就没有这种质的界限。

林奈在他的经典著作《自然系统》（1737）一书中，以物种为生物种类的基本单位，按照不同物种的相似程度，归纳为多层次的类群（种、属、科、目、纲、门、界），在*高层次上将生物区分为动物界和植物界两大类群。在当时，人们的研究对象是肉眼可见的多细胞生物。在显微镜下才能够观察到的微小的、单细胞的生物刚才被发现。随后，微生物学的发展冲破了将所有生物归属于动物和植物两界的观念。1866年海克尔（E.H.Haeckel）提出，有必要将生物归属于三界，即动物界、植物界和原生生物界。原生生物界包括原生动物、藻类、真菌和细菌。动物界包括后生动物，即个体是多细胞的，不仅有生殖细胞和营养细胞的分化，而且营养细胞也分化为具有不同形态和功能的组织和器官。对于早先被归属于植物界的生物，哪些应该归属于原生生物界，哪些应该保留在植物界中，意见分歧较大；或者将藻类和菌类统归于原生生物界（斯塔尼尔Stanier，1970）；或者将藻类和菌类（包括真菌和细胞）统归于植物界；或者将藻类归属于植物界，而将真菌独立出来，成为一界——真菌界（惠特克尔Whi-tleker，1969）。

20世纪50年代，由于电子显微术和细胞学研究技术的发展，人们发现，细菌和原来归属于藻类的蓝藻的细胞构造和其他原生生物、动物和植物的细胞构造有界限分明的区别，因而将生物界在*高层次上区分为原核生物和真核生物两大类群（见原核生物、真核生物）。

以上都是细胞生物。另外，还有一类非细胞生物，统称为病毒，它们寄生在细胞生物的寄主细胞内，进行生命活动。寄主细胞崩溃后游离出来，则是具有特定构造的核酸蛋白质大分子（病毒）或核酸大分子（类病毒）。

地球科学的研究计算出地球的形成大致已有45亿年。现已发现的*早的古生物化石类似蓝细菌，出现在前寒武纪的地层中，距今约有32亿年，为地球年龄的7/9。显然蓝细菌已不是*原始的生物，在蓝细菌产生以前还有一段漫长的生命产生和发展的历史。至今，关于地球上生命的产生和早期发展的知识仍处于猜想和推论阶段。

（陈华癸）

biogeochemical

cy-cles）物质在生物圈内的生命与非生命环境间往复交换、运转的过程。地球表面各种化学元素，在气象、地质、生物等外营力的推动下，沿着特定途径从环境到生物再回到环境周而复始地循环。这种全球规模的物质循环不仅包括生命必需的营养元素，也包括自然界发生的和人类活动造成的有害物质。对生命必不可少的元素或化合物的循环称为营养物质循环，它是生态系统代谢机能的总体现。由于生物的多样性和生态系统结构的复杂性，营养物质循环可以在不同层次、不同水平上进行，而且各种元素或化合物的循环特性、循环途径和运转速率都不一样。研究全球性物质循环的特点和规律，对资源更新、生命维持、系统发展以及保护人类生存环境都具有深远意义。

循环途径

生物地球化学循环包括局部性的生物循环和全球性的地球化学循环两种基本途径。生物循环是指环境中的营养元素，经生物吸收利用，并以动植物残体、凋落物归还土壤，通过微生物分解为无机物。这种循环以生物为主体，通过对营养元素的吸收、存留、归还来完成，循环的范围小、周期短，物质得以充分利用，是一种比较完全的循环。而地球化学循环是指经过生物循环归还环境的物质，其中一部分以气态形式，随空气运动迅速扩散，*后被降水带到地面供植物吸收利用；另一部分以固态或液态形式，由陆地流入海洋，沉积于海底成为海洋沉积物，经地质作用形成岩石，待海底抬升，岩石风化，其中的元素或无机化合物才能释放出来参与再循环。这种循环范围大、周期长，受气候、地质、生物动因的制约，而且物质在流经水域过程中常有部分沉积物沉积下来，因此是一种不完全的循环。生物循环和地球化学循环紧密联系，相互制约，前者寓于后者之中，后者又是前者的源头和归宿，两者相辅相成，构成生物地球化学循环。

库与流

在生物地球化学循环中，常用“库”表示物质在生物和非生物成分中的滞留。各种物质循环都有两种库，即贮存库和交换库。贮存库容积大、物质滞留时间长，对生物的有效性差，一般为非生物成分；交换库容积小、物质滞留时间短，移动较快，多为生物成分。如在一个水生生态系统中，水体中含有磷，水体是磷的贮存库；浮游生物体内含有磷，浮游生物是磷的交换库。浮游生物在磷循环中占有特殊地位，没有它们的参与，磷就难以进入循环。物质从贮存库中释放出来，借助水和空气进入生物体，受生命过程的控制，在库与库之间运转，这种运动状态称为“流”。流量、流速与物质的周转是产量多少、效率高低的基础。当输入量大于输出量时，物质出现积累，使库存量增加。流与库紧密相关，没有库，环境资源不能被吸收、固定和转变为各种产物；没有流，库与库之间不能联系、沟通，物质循环就会中断，生命难以维持，系统必将瓦解。若干个库与流联接的整体就是生物地球化学循环。因此，调节流（流量、流速）、稳定库，提高物质循环周转率是系统调控的重要对策。

循环类型

根据物质存在的形态和贮存库不同，分为气态循环和沉积循环两种基本类型。①气态循环。物质多以气态或液态形式存在，主要的贮存库为大气圈和水圈。如碳、氧、氮、水的循环。这类循环要经过一个气态阶段，物质流动性大，循环比较迅速，对外来的干扰变化可相当快地进行自我调节，是一种比较完全的循环。②沉积循环。物质以固态或液态形式存在，主要的贮存库为土壤岩石圈。如磷、钙、铁、钾等矿质元素的循环。这类循环不经过气态阶段。由于大量物质处在一个稳定的贮存库里，物质移动性小，循环缓慢，容易受到局部干扰，趋向于不完全循环。由于两种循环类型的循环途径、循环特点不同，在生态系统调节管理方面，所采取的对策也不同。对于气态循环，主要应通过生物的吸收作用，把某些营养元素从大气库转移到生物循环中来；对于沉积循环，除调动土壤岩石圈中沉积态的矿质元素进入生物循环外，还要注意控制流失，减少向系统外的输出，加强回收和再生，使不完全循环更多地进入再循环。

研究意义

生物地球化学循环的研究主要在生态系统和生物圈两个水平上进行。前者着重研究生态系统中营养物质的输入输出及其在各营养级间的交换过程；后者主要研究与人类生存关系密切的水、碳、氧、氮、磷、硫等元素的全球性循环。因为这些元素或化合物常常是生命系统的限制性成分，生命系统的兴衰取决于这些元素的供应、交换和转化。物质在循环的过程中，由于生物的选择性吸收和富集，以及地质、气象等原因常常造成某种元素的过度积累或亏缺，当元素不均衡地分布超越其上限或下限临界值时，会殃及生态系统中动植物的生长和人类的健康。如缺钼的土壤中过度增加硝酸盐，将因植物氮代谢功能降低而引起致癌物质亚硝胺的积累；牧场中的禾本科植物缺钴时（钴是维生素B12的重要成分），将引起家畜的佝偻病；在中国新疆喀什平原克孜河、盖孜河中下游局部地区，发现有生物地球化学地方性症候群。在该环境中，一个人可患数种病症，原因是水文地球化学环境中许多元素过剩和某些元素不足，引起人体电解质紊乱和全身性代谢障碍。人类活动正在影响着生物地球化学循环，如工业“三废”的排放、自然植被的破坏、地下水超量开采、化石能源的燃烧等等，打破了自然界原有的平衡，使大量有害物质参与循环破坏了人类的生存环境。因此，研究生物圈物质循环的特点和规律，探讨人类经济活动的影响，并预测其变化后果是至关重要的。当前对生物地球化学循环的研究，从宏观上已扩大到生物圈与地圈的关系；从微观上则深入到研究碳、氮、磷等营养元素的相互作用，为人类控制元素的流动速度及其转化效应提供了可能。