生態系統的信息流

摘要 生態系統內部的信息交流構成生態系統的信息流。生態系統的信息流作為生態系統的基本功能之一，存在于生態系統內各個層面上，種類多樣，特征明顯，作用廣泛，具有一定的規律性。應用生態系統的信息流規律，能更好地為農牧業生產實踐服務。

關鍵詞 生態系統 信息流

中圖分類號 Q—49

文獻標識碼 E

在一定時空范圍內，生物群落與無機環境相互作用的自然系統，叫做生態系統。在生態系統中，各組分之間及其與環境之間不斷地進行著物質的、能量的和信息的交換，通常以“流”的形式(物質流、能量流、信息流)來定量表述其強度。這種交換維系了系統與環境以及系統內各組分之間的關系，形成了一個動態的、可以實行反饋調控和相對獨立的體系。系統中的任一組分只要其狀態發生了變化，就可以通過“流”的相應改變(路徑、方向、強度和速率等)，去影響其他組分。最終將波及整個系統。

生態系統的信息流是生態系統的基本功能之一。反映在個體(物種)、種群和群落等不同層面上的信息流。越來越被人們發現、認識和研究，并且在生產、生活實踐中，應用生態系統的信息流規律，為農牧業生產服務。

1 生態系統中信息的概念、種類和傳遞過程

1．1 概念

日常生活中，一般將可以傳播的消息、情報、指令、數據與信號等稱作信息。信息是現實世界物質客體間相互聯系的形式，以相互聯系為前提，多個信息過程相連就形成信息網。當信息在信息網中不斷被轉換和傳遞時，就形成了信息流。生態系統中的信息傳遞就構成了生態系統的信息流。如一只昆蟲撞上了蜘蛛網，引起了蜘蛛網的振動，昆蟲掙扎，蜘蛛網振動得更厲害，這時一只蜘蛛爬來了……蜘蛛網的振動，對于蜘蛛來說就是信息。

1．2 種類

生態系統中信息依性質而言，有物理信息、化學信息、營養信息和行為信息之分。

1．2．1 物理信息

以物理因素引起生物之間感應作用的一類信息：如光信息、聲信息、溫度信息、接觸信息等。

光信息對植物的生長、發育、形態建成極其重要。例如，黑暗中生長的馬鈴薯或豌豆黃化苗的幼苗，在生長過程中，每晝夜只需曝光5～10 min，便可使幼苗的形態轉為正常，這里的信息是光照時間；萵苣、茄、煙草的種子必須接受某種波長的光信息，才能萌發生長，這里的信息是光的波長；有些植物如松、杉等只有在強光下才能生長茂盛，人參、三七等只有在密林下層的陰暗處才能生長良好，這里的信息是光照強度；菊花在秋天開放，菠菜在夏天開花，這里的信息是光周期；植物的向光性的信息則是光的方向。光信息也影響著動物的生活習性等，如虎、貓頭鷹等動物的晝伏夜出的習性；蝶類白天活動，蛾類夜間活動，且對紫外線很敏感；哺乳類、鳥類的季節性換毛或換羽；響尾蛇可察覺老鼠等發出的紅外線，并據此準確捕食。

聲波作為聲信息在生物體內傳播時，能對生物體本身產生某種影響。例如，聲波能使種子的表皮松軟乃至破裂，以利于吸水，促進新陳代謝，從而提高發芽率；跳舞草能隨音樂的節律而舞動；蝙蝠通過自身發出的聲波進行“回聲定位”，從而完成對周圍環境的識別、取食與飛行等。

環境信息是生物與環境接觸而感知到的環境信息。如有些生物能感知到電的存在；有些藤本植物和攀援植物能感知攀援物的存在，朝向有攀援物存在的方向生長，直至攀援：老鼠等能比人類提前感知地震、海嘯等災難的來臨：躲在角落里的蜘蛛能感知蜘蛛網的振動頻率而知道有昆蟲自投羅網。

溫度信息可通過生物因環境溫度不同而對生物產生影響。在寒冷的冬季來臨時，蛇、蛙等動物不吃不喝。進入冬眠狀態。魚類的洄游和鳥類的遷徙也與溫度信息有關，沙丁魚在水溫下降到8℃時，就向岸邊水溫較高(10℃～20℃)的區域內聚集。

1．2．2 化學信息

生物在其代謝過程中分泌散發的一些物質，被其他生物所接受而傳遞，這種具有信息作用的化學物質很多，主要是次生代謝物，如生物堿、萜類、黃酮類、有毒氨基酸以及各種甙類、芳香族化合物等。這些次生代謝物在植物和食草動物之間的信息傳遞，表現為威懾作用、誘引作用。例如有些植物散發出的氣味對昆蟲或其他動物有吸引作用；鳥類和爬行動物常主動避開含強心甙、生物堿、單寧和某些萜類的植物。

1．2．3 營養信息

營養信息是指在食物鏈中某一營養級的生物由于種種原因而變少了，另一營養級的生物就發出信號，同級生物感知這個信號，進行遷移以適應新的環境。

1．2．4 行為信息

動物的一些行為，對于同種或異種生物能夠傳遞某種信息，它也是借光、聲及化學物質等進行信息傳遞的。動物的行為信息豐富多彩，同類生物相遇時常表現各種有趣的行為信息傳遞，如草原上的鳥．，當出現敵情時，雄鳥急速起飛，扇動兩翅，給雌鳥發出警報；一些鳥類在求偶時的行為更獨特，通常雄鳥會進行復雜的“求偶炫耀”，如孔雀開屏；蜜蜂在找到蜜源后，可以通過跳圓圈舞或擺尾舞向同伴傳遞蜜源信息：圓圈舞表明蜜源較近，大約在距蜂箱百米以內；擺尾舞則表明蜜源在百米之外，究竟距離多遠與擺尾的速度有關。

1．3 信息的傳遞過程

信息傳遞涉及信源、發送器官、信道、接收器官和信宿等5個主要部分。信源產生要傳輸的信息，再通過發送器官將信息轉變成適合于信道上傳遞的信號，信道連接發送器官與接收器官，將信號從一個有機體(種群、群落)發送到另一個有機體(種群、群落)，接收器官則執行與發送器官相反的功能，接收通過信道傳來的信號，并將它轉換成能被接受者理解的信息，最終傳給信宿。例如鳥在求偶時，先把求偶信號轉變成適合在“空氣”這種信道中傳遞的聲音信號，傳遞給異性。異性在聽到對方發出的叫聲后，根據叫聲的節奏、高低等，判斷出是求偶的信號時，就會做出相應的反應。

生態系統的信息流不像物質流那樣是循環的，也不像能量流是單向的，往往是雙向的，有從輸出者向輸入者的信息傳遞，也有從輸入者到輸出者的反饋。

2 生態系統中信息流的作用層面與特征

2．1 作用層面

生態系統中的信息流作用于生態系統中的個體間、種群間和生物群落間等不同層面上，相互聯系，相互作用。如在非洲叢林中一只黑長尾猴發現蛇時會發生一種叫聲，這時其他猴會后腿直立并仔細審視地面；而當它發現豹時會發生另一種叫聲，這時其他猴會立即爬上附近的樹枝；當它發現鷹時，又會發出一種聲音，這時其他猴會聚集到樹干附近濃密的樹枝間或竄入密密的灌木叢。

2．2 特征

可傳播性：從信源傳至信宿，生態系統中沒有不傳遞的信息；時效性：如在生殖季節，孔雀開屏是雄孔雀求偶繁殖時的需要；分享性：信源通過傳遞，其接收端并非專一；轉化性：在信息傳遞過程中，信源和信宿是可以相互轉換的，某一信息的信源可以是另一信息的信宿，而某一信息的信宿又可能是另一個信息的信源。如某種生物發出的聲音是對同類生物的召喚，同時可能會被其捕食者發覺。

3 生態系統中信息流的作用

生態系統中能量流和物質流通過個體與個體間、種群與種群間、生物與環境間的信息流而協調。動物之間的信息傳遞是通過其神經系統和內分泌系統進行的，決定著生物的取食、居住、社會行為、防御、性行為等過程。

3．1 取食

動物的取食各有特點。食草動物首先通過眼睛感覺、辨別不同植物的顏色特征而取食所需植物，在取食過程中，則通過口腔的感觸辨別食物的味道而取食所需要的部分。排除不需要的部分。食肉、動物不但用眼睛辨別、搜尋其所需要的獵物，同時通過耳朵對聲音韻反應，來追捕或威脅它的敵人，從而獲取食物或糾集同伙戰勝敵人而取食之。如狼能夠依據兔留下的氣味去獵捕后者，兔同樣也能夠依據狼的氣味或行為特征躲避獵捕。食蟲植物豬籠草，其葉片的一部分形成一個袋，其上有蓋，當昆蟲陷入袋中后，蓋落下，蓋落下時，袋中就分泌消化液，將昆蟲分解并吸收作為營養。

3．2 居住

動物總是棲息在最有利于生活、生存的環境中，這是經過一系列感覺器官，將環境的光、溫、水、氣等信息反映到神經系統，經過綜合分析而決定的。食物信息發生變化也會引起生物更換居住環境。如當草原返青時，“綠色”為食草動物提供了可以采食的信息。大量草食動物涌進草原，生息繁衍，而到牧草枯黃時，草原上穴居動物則紛紛備糧而越冬。

3．3 防衛

各種生物的體形和體色都有盡量與其生存環境相一致的特性。這一特性是防衛“敵人”的一種自我保護，能迷惑敵人，免遭殺害，是一種信息作用。如蝗蟲，當秋冬雜草枯黃的物理信息反應到大腦，大腦指示軀體的皮膚改變顏色使之與草色相一致，從而保護其免遭敵害。有的動物以其特別的姿態變化來嚇唬敵人保護自己。如豪豬遭遇敵人時，將其體刺豎直，形成可怕的姿態，從而趕跑敵人；家貓見到狗，則“貓裝虎，以克敵”；野兔在發現有敵情時，會用后肢猛烈敲擊地面，發出的“咚咚”聲可以使周圍的野兔迅速逃跑或隱蔽起來。還有些動物在遭遇敵人時通過釋放化學物質以達到防衛的目的。如烏賊遇到敵人時，噴出墨液趕跑敵人；蚜蟲在被捕食時，會分泌一種萜烯類揮發性物質，通知它的伙伴迅速逃脫；瓢蟲被鳥類啄食時，體內分泌出強心甙，使鳥感到難以下咽而吐出。

3．4 性行為

動物在其繁衍過程中都有特殊的性行為。某些動物能分泌與性行為有關的物質散發到環境中誘引異性，這種化學信息只有同類生物才能感觸到，尤其是同類的異性個特別敏感。鱗翅目昆蟲可分泌性外激素以引誘異性．達到交配的目的。

3．5 生物的群集

生物群集的外部誘導信息有食物方面的，如蝗蟲群集進食，也有環境方面的，如大雨來臨之前螞蟻集體搬家等。但在群集過程中，不同生物在個體間傳遞的信號有所不同，猴王在猴群受到威脅時會立即發出聲音信號使猴群迅速集結；蜂王在蜂群失散時通過分泌一種聚集外激素，把失散的蜜蜂重新聚集在自己的周圍，以便保存蜂群；當蜜蜂巢穴遭受黃蜂偷襲時，被黃蜂咬死的工蜂會釋放一種化學物質通知同伙迅速前來助戰，且前赴后繼。

由此可見，生命活動的正常進行，離不開信息的作用；生物種群的繁衍，也離不開信息的傳遞。而且，信息還能夠調節生物的種內及種間關系，以維持生態系統的穩定。

4 信息在農田生態系統中的應用

農田生態系統和自然生態系統一樣，具有多種形式的信息流。農田生態系統的主體是農作物，人們利用生態系統中的信息流，一是可以提高物質的利用率和能量的轉化率，二是對有害動物進行控制，最終目的是提高農作物的產量。

4．1 光信息在農業生態系統中的應用

利用光信息調節和控制生物的發生發展。例如，利用各種昆蟲的趨光特點對農作物害蟲進行預測、預報和誘殺。昆蟲都有趨光性，但不同昆蟲對各種波長光的反應不同，因此可用不同的光來誘殺不同的害蟲。水稻二化螟和三化螟、玉米螟、棉紅鈴蟲、小地蠶等害蟲都在22:30～4:30活動頻繁，而草木蛾、桃褐斑夜蛾等也都在夜間飛入果園刺吸果汁，所以對于這些害蟲，夜間點燈誘殺效果好。

根據各種植物的光周期特性和經濟器官的不同。通過人工控制光周期可實現早熟高產。在花卉培育上，如用短光照處理菊花使其在夏天開花供觀賞；在育種上通過調節使不同光周期的植物在同一時間開花進行雜交，培育優良品種；在引種栽培上，如將短日照作物黃麻，南種北移能延長生長期．從而提高麻皮產量。另外在養雞業上。在增加營養的基礎上延長光照時間可以提高產蛋率。

4．2 化學信息在農業生態系統中的應用

自然界生物的某些行為是由少量的化學物質的刺激引起的，如粘蟲成蟲具有趨光性，且對醋味特別敏感。生產上就利用這一點。在殺蟲劑中調以醋類物質加以誘殺。性外激素可以引誘同種異性個體前來交尾，目前人們利用人工合成的化學結構相似的性外激素類似物防治害蟲，效果顯著。具體做法是，在田間無規則釋放過量的性外激素類似物，使雄蟲無法辨認雌蟲的方位，或者使它的氣味感受器變得不適應或疲勞，不再對雌蟲有反應。從而干擾害蟲的正常交尾活動。在家畜飼養上應用性激素調整母豬發情期，治療久配不孕癥。還可以運用性激素，鑒定豬的發情日期，以便適時進行人工授精，促使母豬多產仔豬，提高繁殖能力。

4．3 聲信息在農業生態系統中的應用

用一定頻率的聲波處理蔬菜、谷類作物及木本植物等種子，可以提高發芽率，獲得增產。法國園藝家用耳機套在番茄上，讓它每天“欣賞”3h的音樂，結出的番茄有的競重達2.5 kg。前蘇聯、美國也有類似的報道，如給奶牛一些輕松愉悅的音樂能提高其產奶量。

總之，在自然界，生物之間的信息流是普遍存在的，其發生、傳遞和作用都是生物長期進化的結果。正是由于物質流、能量流和信息流的存在，使生物之間的聯系錯綜復雜，“牽一發而動全身”，生態系統中的各種成分在錯綜復雜的信息的調控和影響下，各自處于一定的狀態，執行一定的功能，使得生態系統有條不紊，生物與環境成為統一的整體。