生物是怎樣傳遞信息的?
生命系統通過物理、化學及生物信息的傳遞,維持了生物及其環境的穩態.本文從細胞內、細胞間、種群以及生態系統中非生命信息與生物群落之間的信息溝通等等。
信息傳遞的一般過程(一般信息傳遞有三個基本環節):信源(信息產生);信道(信息傳輸);信宿(信息接收)。多個信息過程相連就使系統形成信息網,當信息在信息網中不斷被轉換和傳遞時,就形成了信息流。信息只有通過傳遞才能體現其價值,發揮其作用。
動植物的許多特殊行為都可以傳遞某種信息,這種行為通常被稱為行為信息。如教材中所述,蜜蜂的舞蹈行為就是一種行為信息。草原中有一種鳥,當雄鳥發現危險時就會急速起飛,并扇動兩翼,給在孵卵的雌鳥發出逃避的信息。
物理信息
生態系統中的光,聲,濕度,溫度,磁力等,通過物理過程傳遞的信息,稱為物理信息。物理信息的來源可以是無機環境也可以是生物。
如
①聲信息
在生態系統中,聲信息的作用更大一些,尤其是對動物而言。動物更多是靠聲信息來確定食物的位置或發現敵害的存在的。我們最為熟悉的以聲信息進行通訊的當屬鳥類,鳥類的叫聲婉轉多變,除了能夠發出報警鳴叫外,還有許多其他叫聲。植物同樣可以接收聲信息,例如當含羞草在強烈的聲音刺激下,就會有小葉合攏、葉柄下垂等反應。
聲信息的特點有:多方位性,接受者不一定要面向信源,聲音可以繞過障礙物;同步性,發出聲音信號時,動物的四肢軀干亦可發出信息;瞬時性,聲信息可在一瞬間發出,也可在一瞬間停止;多變量,聲音有許多變量,包括強度、頻率、音質等,每個變量都可以提供一些信息,因此聲音信息的容量很大。
②電信息
在自然界中存在許多生物發電現象,因此許多生物可以利用電信息在生態系統中活動。大約有300多種魚類能產生0.2~2 V的微弱電壓,可以放出少量的電能,并且魚類的皮膚有很強的導電力,在組織內部的電感器靈敏度也很高。魚群在洄游過程中的定位,就是利用魚群本身的生物電場與地球磁場間的相互作用而完成的。
由于植物中的組織與細胞間存在著放電現象,因此植物同樣可以感受電信息。
③磁信息
地球是一個大磁場,生物生活在其中,必然要受到磁力的影響。候鳥的長途遷徙、信鴿的千里傳書,這些行為都是依賴于自己身上的電磁場與地球磁場的作用,從而確定方向和方位。植物對磁信息也有一定的反應,若在磁場異常的地方播種,產量就會降低。不同生物對磁的感受力是不同。
④光信息
生態系統的維持和發展離不開光的參與,同樣,光信息在生態系統中占有重要的地位。在光信息傳遞的過程中,信源可以是初級信源也可以是次級信源。例如,夏夜中雌雄螢火蟲的相互識別,雄蟲就是初級信源;而老鷹在高空中通過視覺發現地面上的兔子,由于兔子本身不會發光,它是反射太陽的光,所以它是次級信源。太陽是生態系統中光信息的主要初級信源。
化學信息
生物在生命活動過程中,還產生一些可以傳遞信息的化學物質,諸如植物的生物堿,有機酸等代謝產物,以及動物的性外激素等,就是化學信息。
化學信息主要是生命活動的代謝產物以及性外激素等,有種內信息素(外激素)和種間信息素(異種外激素)之分。種間信息素主要是次生代謝物(如生物堿、萜類、黃酮類)以及各種苷類、芳香族化合物等。
在生態系統中,化學信息有著舉足輕重的作用。
在植物群落中,可以通過化學信息來完成種間的競爭,也可以通過化學信息來調節種群的內部結構。有時,在同一植物種群內也會發生自毒現象。在這些植物的早期生長中,毒素可能降低幼小個體的成活率。然而,當這種毒素在土壤中積累時,它們就能使植物自身死亡,減少生態系統中的植物擁擠程度。
在動物群落中,可以利用化學信息進行種間、個體間的識別,還可以刺激性成熟和調節出生率。例如,獵豹和貓科動物有著高度特化的尿標志的信息,它們總是仔細觀察前獸留下的痕跡,并由此傳達時間信息,避免與棲居在此的對手遭遇。動物還可以利用化學信息來標記領域。群居動物能夠通過化學信息來警告種內其他個體。鼬遇到危險時,由肛門排出有強烈臭味的氣體,它既是報警信息素,又有防御功能。當蚜蟲被捕食時,被捕食的蚜蟲立即釋放報警信息素,通知同類其他個體逃避。
許多動物分泌的性信息素,在種內兩性之間起信息交流的作用。在自然界中,凡是雌雄異體,又能運動的生物都有可能產生性信息素。顯著的例子是,雄鼠的氣味可使幼鼠的性成熟大大提前。