生物的适应性和指示现象

生物的适应性是指生物的形态结构、生理机能、个体发育和行为等与其生存的一定环境条件互相统一、彼此适合的现象。生物与环境之间所表现出的这种协调与合理，在一定程度上保证了生物的生长、发育和传留后代。生物适应环境的方式是多种多样的。高等植物的各种器官都明显地表现出对于生活条件的适应。深入土壤的根系、直立于地面上的茎枝和形状扁平、面积广阔、呈现绿色的叶子都是植物加强吸收、固着、输导和进行光合作用等机能，以保证进行正常的营养生活。色彩鲜丽的花冠与芬芳的气味和花蜜是虫媒花借以招蜂引蝶，进行传粉，完成繁殖后代的适应特征。仙人掌叶子退化成针刺，减少水分蒸腾；肥厚的肉质茎贮存大量水分；这些旱生化的特征是它们对干热气候条件的适应。动物对环境的适应方式更是形形色色。例如许多动物借助于保护色、警戒色和拟态躲避捕食者而获得生存的机会。水中的鱼，一般体扁如梭，具鳍无颈，眼睛位于两侧，体色上深下淡，体内有鳃和鳔等，这些性状使鱼适于水中生活。
     上述事例说明，生物的适应性状具有帮助生物充分有效地利用环境中的能量和营养物质，防御某些不良因素的危害和保证生物正常生活的作用。所以，适应是生命自然界的普遍现象，是生物生存和发展的基础条件之一。生物所以能够产生某些适应性状而与环境间保持协调关系，并不是偶然的。它是生物与生物之间以及生物与无机环境之间在长期的生存斗争中通过自然选择逐渐产生与形成的。食虫植物狸藻的瓶状叶、田野中野兔的土黄色、寒带冰雪中生活的熊的白色……，都是通过自然选择产生的适应特征。正如达尔文在《物种起源》一书中所说的“自然选择在世界上每日每时都在精密检查着最微细的变异，把坏的排斥掉，把好的保存下来，并把它积累起来：无论什么时候，无论什么地方，只要有机会，它就静静地不知不觉地工作，把各种生物与有机的和无机的生活条件的关系加以改进”。生物的适应现象不是固定不变的，由于有节奏的季节变化和昼夜变化，使适应性具有动态特征。
     在温带地区，许多树木春夏展叶、开花，秋冬落叶、休眠就是植物适应环境变化的现象。生物对环境的适应虽是非常巧妙与合理，保证了生物的生存与发展。然而适应是相对的、暂时的。这主要是因为环境条件的经常变化与生物遗传上的稳定性发生矛盾所致。因此，生物的适应性仅在特定的生活环境中具有意义。环境一旦变化，以前的适应性便会失去作用或不甚适应了。雷鸟的毛色变化与自然环境的季节更替严格相符时，正是白雪罩地的时候，它的白色羽毛在一定程度上可以保护它们免遭敌害。但是到一定季节这种动物的毛色已经改变，而天空还没有降雪，这时毛色的更换不但无益，反而会成为该种动物致死的原因。此外，当生物的适应性状沿着一个不变的方向继续发展，可能会导致出现高度特化的现象，使生物绝对依赖于这种适应的环境，结果可能使生物的生态适应范围变得很狭窄而易遭毁灭。在自然界生物的指示现象也是广泛存在的。根据生物种或它们的群体、或生物的某些特征来确定地理环境中其他成分的现象，叫做生物的指示现象。
     生物能够指示环境或环境的某些组成成分，是由于地理环境的全部成分或要素处于紧密的相互依赖和相互联系之中，它们中每一个成分的发展不是独立的而是共轭地进行的，即一个要素的改变会引起一系列其他要素的改变。由于全部成分的这种发生上的和有规律的联系，才有可能利用一个成分来认识其他成分，根据自然环境中的一个环节确定其余的环节。然而远不是全部要素都具有同等的指示意义。不同自然地理成分的形成历史是不同的。在地球上，最初产生地壳，形成岩石圈，然后产生大气圈、水圈，最后出现植被、土壤和动物。愈是年轻的成分对其他成分的依赖性就愈大。也就是说独立性最小而依赖性最大的成分具有最大的指示意义。在各种自然要素中，生物，特别是植物及其群体对于其他要素所施加的影响反应最灵敏并具有最大的表现能力。“植物在颇大程度上是地理环境的一面镜子，并且是集中而明晰地表现这种环境的焦点”（卡列斯尼克，1947）。
     一般认为，生态幅比较狭窄的生物比生态幅宽广的指示意义大；生物群落的指示性要比一个种或其个体的指示性可靠些。植物对于气候的指示作用早已被人们所悉知。椰子（Cacao nucifera）正常开花结果是热带气候的标志。铁芒萁（Dcranopteris dichotoma）占优势的群落是我国亚热带气候的指示体。华北地区流行的“枣发芽，种棉花”谚语是利用植物的物候现象指示暖温带气候区棉花的播种期。应该注意的是，作为指示气候带的植物群落必须是占据着显域地境的地带性植被。此外，还可利用树木的年轮推测过去气候的状况，例如气温和降水量的年际变化等。生物的水指示现象一直受到重视，特别是利用生物指示水质变化早已为生物学家、防疫工作者所熟悉。例如，在未受有机物污染的水域里，生物种类丰富，但每个种的个体数量并不多。藻类以硅藻、甲藻为主，蓝藻、绿藻很少；鱼类和其他动物较多；每毫升水中细菌常在 1000 个以下。而当水体纳污后，清水型生物很快逃离或死亡，污水生物保留下来或迁入，且个体数量很多，整个生物区系比较贫乏。藻类中以蓝藻和绿藻的污生种类占优势；鱼类极少而纤毛虫、颤蚓、红色摇蚊幼虫等很多；每毫升水中细菌达105个以上。
     人们可借此对水质污染程度作出评价。植物和植物群落还能够指示土壤水分和地下潜水状况。香蒲生长的地方，土壤水分过剩；针茅大量出现的地方，土壤干旱。又如骆驼刺、欧洲甘草常出现在潜水为微咸的地方；盐节木、盐穗木、里海盐爪爪主要分布在潜水是咸水的地区，并且潜水埋藏深度往往达10米以下。根据植物或植被判断土壤类型、分布和土壤的酸碱度、机械组成等是有可能的。铁芒萁是我国热带和亚热带强酸性土壤（pH值约4-5）的指示植物，而蜈蚣草是钙质土的指示体。盐角草、有叶盐爪爪等则主要是硫酸盐-氯化物盐土（含盐量10％以上）的典型标志。内蒙古一带生长的油蒿则是土壤沙性很强的指示植物。利用植物或植被指示土壤的特性在农业生产和营林工作中都具有一定的价值。植物和它们的群落还具有指示岩石、矿体和构造线的所谓地质指示现象。
     一定的岩石常与一定性质的植被相联系。在露头少的地区进行地质制图时，地植物学方法常作为辅助手段加以利用。在表示地质构造方面，最简单的联系是植被常沿断裂带呈线形配置；在断层错动地区因岩性不同，植被类型也因之发生变化，借此可判断断层的存在。土壤及其下垫岩石中某种元素或化合物的过剩对植物有非常明显的影响，它或者表现在植物的化学成分上，或表现在植物的形态和生理特点上，因此生长在环绕矿体的任何元素或化合物的分散晕范围内的植物，常常表现出不同一般的特点，利用这些特点可以判断土壤中某种元素或化合物的存在，根据这种线索可能找到某种矿床。例如我国长江中下游一带分布的海州香薷（Elsholtziahaichouensis）为铜矿的指示植物，戟叶堇菜（Viola betonicifolia subsp nepalensis）是铀矿的指示植物，其体内含铀量可达 296—2909ppm，等等。
     到目前为止，借助于植物指示现象可以寻找的矿藏，金属有锌、铜、镍、铬、银、金、锡、铝、铀、钍等；非金属有硫、硒、硼、石油和天然气等。在古生物学中利用生物化石确定地层，并根据化石生物的生物-生态学特性及其所在的沉积物情况以重建古地理环境及其变化等，也是生物地质指示作用的应用。大气受到有毒气体污染后，生存在这种环境中的某些植物表现出明显的变化，据此可利用植物监测大气污染的程度、污染物和其相对浓度。生物虽具有上述各种指示作用，但是生物容易受地理环境的影响而发生变化。因此在利用生物作为指示体时，必须结合其他指标全面考虑。