[科普中国]-化学生态学

概念

化学生态学是指应用现代化学的方法和技术，并用化学的观点对宏观和微观生态学现象进行研究的学科。研究内容着重生物之间的化学联系的现象、机理和应用。2

发展历史1931年，据曼(T.Mann)所著的《Magic Mountain》中记载，经常有人在一种学名叫Anitaris toxicaria的树下休息时，不经意地沉沉睡去。后来人们通过化学分析，发现其叶子所分泌的毒雾中含有强心苷。研究发现，香桃木属(Myrtus)、桉树属(Eucalyptus)和臭椿属(Ailanthus)的叶均有分泌物，其成分主要是酚类化合物，例如对羟基苯甲酸、阿魏酸和香草酸等，它们对亚麻的生长具有明显的抑制作用。在印度，有种植物叫美洲地锦，不仅果实有毒，而且枝条汁液有腐蚀性，如果灼伤皮肤，不易愈合。

1940年，伯德(I.H.R.Bode)发现蒿叶中的分泌物对邻近植物具有明显的抑制作用，其有效成分是苦艾精，是一种通式为C25H20O4的化合物，为一种芳香族的酸。1944年，美国生态学家博纳(J.Bonner)等进行了一系列植物他感物质的分离工作，并在1950年研究了高等植物的有毒分泌物对种间相互作用的影响。1953年，穆勒(c.H.Muller)等探讨了具有毒物质的荒漠一年生植物同灌木间的相互关系。

在长期的生产实践中，人们发现大量的生物之间存在着化学物质的传递与响应的现象。

1970年，美国的松德海默(Sondheimer)出版了第一本《化学生态学》，标志着化学生态学的诞生。1975年，国际上《化学生态学杂志》也正式出版。化学生态学是属于化学和生态学的交叉学科，主要研究生物之间，或生物与无机环境之间化学信号的联系及其作用机制。

事实上，在我国古代，早已发现有些植物之间具有相克的现象。例如，在北魏的《齐民要术》中记载：“慎勿于大豆地中杂种麻子，扇地两损，而收并薄。”“胡麻(芝麻)宜种白地。”“荒地种胡麻，一年不出草。”原产于我国的漆树是重要的经济植物，可以生产中国漆。在漆树叶中含槲毒素，树皮的渗出物是漆。3

研究内容化学生态学是一门新兴的交叉科学，是生物机制的新领域，是生态学发展的新方向之一。它和物理生态学构成了非生物环境的整体，它是生物(植物、动物和人类)的分布、生存、生活、生长发育和成熟的主要环境条件之一。物理因子(气候、土壤、地形、地貌等)和化学因子(营养物质、有机与无机污染物质等)共同构成的物理——化学生态系统，对于生物物种在其生活与生存方面的作用及其所产生的各种生理——生态现象。从进化论的观点来说，就是研究生物物种与化学环境(包括物理环境)的协同进化的理论和生理——生化机制，也就是研究生物物种对于不同的外界的物理因素生态环境对于相应而多变的化学生态系统中的有机化合物质机理作用的适应性和变异性，并使其达到最佳的功能。4

生态学和进化论是化学生态学的理论基础，而分析化学是其主要研究手段。同时，化学生态学还要依赖动物学、植物学、微生物学、昆虫学等传统生物学科，以及生物化学、分子生物学、生理学、行为学、毒理学等现代生物学科。2

化学生态学主要研究化学信息的种类和作用机制，揭示在自然界中各种生物之间联系的化学本质。化学生态学的物质基础为信息化合物，研究对象几乎遍布整个生物界。它的主要研究对象有：信息化合物的生物合成途径，信息分物的定向行为，信息素产生的节律和接收者的行为序列，生物钟的种间间隔，社会昆虫的分化等。信息素在防治病虫害等方面已有广泛的应用。5

化学生态学的研究方法与手段是多种多样的，除了常规的生物学方法外，主要借助化学和物理学的研究手段，例如刺吸电位技术、触角电位及其相关技术、常规分析化学方法、气相色谱、气相色谱一质谱联用分析、高压液相色谱、气相色谱一质谱一计算机联用法、吸附浓缩技术、火焰光度检查法，以及风洞理论与技术等。3

研究意义由于化学生态学涉及各个生物类群，特别是植物与植物、植物与动物、动物与动物相互之间的化学关系，使人们重新认识生物相互关系的内在机制，尤其是生态学中种群、群落结构和生态位理论。生态学家往往对生物分布型进行统计分析，对生物的食性进行描述，对生物的行为进行观察，而往往不清楚这些生态现象背后的根本原因。化学生态学的研究发现，化学关系是生物间联系的重要方式，信息化学物质将各种营养层次的生物和没有营养关系的生物都联系了起来，形成一个巨大的化学信息网。可以说，生物间的关系，其实就是化学关系。从这个观点出发，化学生态学与宏观生态学和微观生态学都有密切关系，因此，化学生态学的理论和实践充实了生态学乃至整个生命科学的内容。

化学生态学研究生物间的化学联系及其机制，强调生物之间既竞争又协调的关系，而且这种关系涉及许多生物，任何～种生物的受损，必将影响整个生态系统的功能。这就为保护生物多样性提供了理论依据。

生物对信息化学物质的感受机制，是化学生态学研究的重要内容。这些研究的成果将对人类脑功能的认识产生重大影响。化学生态学涉及的生物关系和进化关系，将为现代进化论提供典型事例，化学生态学所总结出的生物协调关系的规律，将充实进化论的理论体系。

植物抗性化学机制的研究将为农林医牧病虫害防治提供理论根据和方向，实际上，化学生态学的成果正应用在有害物综合治理中。

化学生态学所涉及的生物活性物质，很自然地成为生物农药开发的目标。生物农药的应用将减少或替代化学农药的使用，减缓病虫抗药性，保护病虫害的天敌资源，从而保护人类自身免受化学农药毒害，保护生态环境和保证自然资源的持续利用。1