1、大自然探索大自然探索II繽紛的生命繽紛的生命蓋婭假說蓋婭假說 在太陽能量不斷的補注下，地球上的岩石、海洋、在太陽能量不斷的補注下，地球上的岩石、海洋、大氣及生物，彼此間藉由能量與物質的流轉，共大氣及生物，彼此間藉由能量與物質的流轉，共同發展出自我組織與正反饋調控的機制，所形成同發展出自我組織與正反饋調控的機制，所形成的地球生態系統有如巨大的有機體，此一有機的地球生態系統有如巨大的有機體，此一有機活體英國科學家活體英國科學家 James R.Lovelock 命名為命名為蓋婭蓋婭(Gaia)。1.假設由於生命本身的存在與調控，才使得地球表面的假設由於生命本身的存在與調控，才使得地球表面的物理與化
2、學環境物理與化學環境(大氣層與海洋大氣層與海洋)，變成，變成適合生命存活適合生命存活的穩定狀態。的穩定狀態。2.把地球視為一個活體，當周圍環境不斷變遷之際，地把地球視為一個活體，當周圍環境不斷變遷之際，地球生物圈仍能保持動態穩定的狀態球生物圈仍能保持動態穩定的狀態 (內環境內環境穩定穩定)。蓋婭學說蓋婭學說Gaia theory蓋婭假說蓋婭假說Gaia hypothesis內環境穩定內環境穩定(homeostasis)生物體層次的生理穩定生物體層次的生理穩定v.s.維持流動維持流動(homeorhesis)演化與生態的穩定性演化與生態的穩定性生態學基本法則生態學基本法則 生態法則一：生態法則一
3、：物物相關物物相關(everything is connected to everything else)個體與群體、互動與互依、環境影響因子與限制個體與群體、互動與互依、環境影響因子與限制因子、因子、生態系統恆定性與消長、生物多樣性生態系統恆定性與消長、生物多樣性 生態法則二：生態法則二：物有所歸物有所歸(everything must go somewhere)能量流動與物質；物質不會從自然界消失，只是轉能量流動與物質；物質不會從自然界消失，只是轉變形式；毒物經由營養層級累積放大變形式；毒物經由營養層級累積放大生態學基本法則生態學基本法則 生態法則三：生態法則三：自然善知自然善知(natu
4、re knows best)演化過程中的生存者演化過程中的生存者 生態法則四：生態法則四：天下沒有白吃的午餐天下沒有白吃的午餐(there is no such thing as free lunch)此法則包含了前面三法則此法則包含了前面三法則 地球生態體系是一關連的整體，在整體中沒有任地球生態體系是一關連的整體，在整體中沒有任何東西是可以無中生有或被流失；這整體不易加以全何東西是可以無中生有或被流失；這整體不易加以全面改進，從中取得任何一物，必須另以他物代替。這面改進，從中取得任何一物，必須另以他物代替。這種代價的支付無從逃避，只能延緩種代價的支付無從逃避，只能延緩(time delay)
5、生物多樣性生物多樣性(Wilcox,1984)生物型態的多樣性，它們所生物型態的多樣性，它們所扮演的生態角色，以及它們扮演的生態角色，以及它們所包含的基因多樣性。所包含的基因多樣性。生態系統的多樣性！生態系統的多樣性！n大地金字塔大地金字塔(land pyramid)食物鍊食物鍊/食物網食物網(food chain/food web)能量流動暢通能量流動暢通(energy flow)大地非僅為土壤而已大地非僅為土壤而已 人為與自然演化的改變在程度上有所差異人為與自然演化的改變在程度上有所差異 人為改變越不劇烈，在金字塔中成功調節的人為改變越不劇烈，在金字塔中成功調節的可能性愈大可能性愈大n生物
6、多樣性生物多樣性(biodiversity)1.較高級系層次較高級系層次 趨向脈動式穩定趨向脈動式穩定狀態狀態(pulsing steady state)2.級系約束級系約束(hierarchical constraint)大的生態系長期而言比其組成單元大的生態系長期而言比其組成單元變動較少變動較少一個有等級系列之單元的排列一個有等級系列之單元的排列級系級系(hierarchy)新生性質新生性質/湧現特性湧現特性(emergent property)1.整體大於部分的總和整體大於部分的總和H2(g)+O2(g)H2O(l)藻類藻類+腔腸動物腔腸動物 珊瑚珊瑚真菌真菌+樹根樹根 菌根菌根新生態學
7、新生態學1.內環境穩定機制內環境穩定機制(homeostatic mechanisms)減少減少上下波動的制衡上下波動的制衡 維持流動維持流動(homeorhesis)演演化與生態的穩定性化與生態的穩定性體溫調節機制體溫調節機制 地球生態系統動態穩定調控機制地球生態系統動態穩定調控機制涵攝性功能涵攝性功能(transcending functions)(transcending functions)能量轉換能量轉換 成長成長 演化演化 反饋控制反饋控制參考書目參考書目1.鈴木、麥康納鈴木、麥康納(民民89，何穎怡譯，何穎怡譯)。神聖的平衡：神聖的平衡：重尋人類的自然定位重尋人類的自然定位。台北
8、：商業周刊。台北：商業周刊。2.歐頓歐頓(民民89，王瑞香譯，王瑞香譯)。生態學：科學與社會生態學：科學與社會之間的橋樑之間的橋樑。臺北：國立編譯館。臺北：國立編譯館。3.威爾遜威爾遜(民民86，金恆鑣譯，金恆鑣譯)。繽紛的生命：造訪繽紛的生命：造訪基因庫的燦爛國度基因庫的燦爛國度。台北：天下文化。台北：天下文化。問題思索問題思索 本課程講授本課程講授大霹靂大霹靂、蓋婭學説、繽紛的生蓋婭學説、繽紛的生命命(生物多樣性生物多樣性)之主要目之主要目的為何的為何?環境哲學環境哲學/環境倫理環境倫理人類人類(Human beings)人類自我為中心人類自我為中心(Anthropocentric)物種物
9、種(Species)生物為中心生物為中心(Biocentric)個體觀個體觀(Atomistic)地球生態系地球生態系(Gaia)生態為中心生態為中心(Ecocentric)天地萬物天地萬物(All beings)宇宙為中心宇宙為中心(Cosmocentric)整體觀整體觀(Holistic)環境世界觀環境世界觀(Environmental worldview)解析式思考解析式思考系統性思考系統性思考天人交戰天人交戰天人合一天人合一機械論機械論有機論有機論何謂能量？何謂能量？能量學能量學影片觀賞影片觀賞能量能量(自然科學百科大全自然科學百科大全 能量篇能量篇)能量能量n作工的能力。作工的能力。
10、n能量的產生不能無能量的產生不能無中生有，中生有，必須自某必須自某處取得。處取得。能量能量vs.能源能源能量定律能量定律熱力學定律熱力學定律(laws of thermodynamics)熱力學熱力學n研究物質狀態發生變化研究物質狀態發生變化時時，熱、功和其他形式，熱、功和其他形式能量之間轉換關係的科能量之間轉換關係的科學。學。第零定律第零定律n若若 A與與B 處於熱平處於熱平衡狀態且衡狀態且 B與與C 處處於熱平衡狀態，於熱平衡狀態，則則 A與與C 也處於熱也處於熱平衡狀態。平衡狀態。第一定律第一定律n宇宙間的總能量恆為定宇宙間的總能量恆為定值值，不會有所增減，只，不會有所增減，只會由一種形
11、式轉化為另會由一種形式轉化為另一種形式。一種形式。nE=Q+W=Q-PdVN2N2N2O2O2O2N2N2N2O2O2O2beforeafterN2:氮分子氮分子 O2:氧分子氧分子N2N2N2O2O2O2N2N2N2O2O2O2afterbeforeN2:氮分子氮分子 O2:氧分子氧分子覆覆 水水 難難 收收第二定律第二定律n宇宙間總能量的流散具有宇宙間總能量的流散具有方向性方向性，總是由高品質能，總是由高品質能(高密度能量高密度能量)流向低品質流向低品質能能(低密度能量低密度能量)。n每一次的轉化，都會有一每一次的轉化，都會有一些能量散逸為無法作工的些能量散逸為無法作工的形式。形式。第二定
12、律第二定律n這種散漫這種散漫、紊亂的狀況稱、紊亂的狀況稱之為之為 熵熵(entropy)或或能能趨疲。趨疲。n簡單的說，簡單的說，熱力學第二定熱力學第二定律就是萬物趨向紊亂，律就是萬物趨向紊亂，自然界的自然界的 熵熵 不斷增加！不斷增加！第二定律第二定律n第二定律意指每一自發的化學與物理變化皆使整個宇宙的熵熵 (entropy)entropy)增加。增加。nS S宇宙宇宙=S S系統系統+S S周遭周遭00 第三定律第三定律n在OK時(絕對溫度零時)，一完全結晶物 體之熵會等於零，熱力學認知檢定熱力學認知檢定1.第一次接觸，簡直是一頭霧水。第一次接觸，簡直是一頭霧水。2.第一次接觸，第一次接觸
13、，已初步理解，已初步理解，但不曾聯想或但不曾聯想或不知道與人與自然課程有何關聯。不知道與人與自然課程有何關聯。3.曾接觸過，並進一步理解曾接觸過，並進一步理解，但不曾聯想或，但不曾聯想或不清楚與人與自然課程有何關聯。不清楚與人與自然課程有何關聯。4.曾修習相關課程，曾修習相關課程，觀念還算清楚，但還不觀念還算清楚，但還不能準確掌握與人與自然課程的關聯。能準確掌握與人與自然課程的關聯。光合作用光合作用(A)(A)陽光，陽光，100100單位稀釋的能量被植物葉片吸收單位稀釋的能量被植物葉片吸收利用利用 (轉化轉化)(B)(B)醣，醣，2 2單位濃縮的能量形式單位濃縮的能量形式(C)(C)熱，熱，9898單位更為稀釋的能量單位更為稀釋的能量第一定律第一定律:(A)=(B)+(C)(A)=(B)+(C)第二定律第二定律:(B)(B)總是比總是比 (A)(A)小，因為在轉化過小，因為在轉化過程中，大部分能量會被降解，以更為稀釋的能程中，大部分能量會被降解，以更為稀釋的能量量熱熱 (C)(C)，排放至葉片外，排放至葉片外亂中有序亂中有序(order out of chaos)n冰箱運作。冰箱運作。n燒開水。燒開水。n瀑布流動。瀑布流動。n生物體成長過程。生物體成長過程。n地球生態系統之動態平衡地球生態系統之動態平衡
