Ecology and Biomechanics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Herrel, Anthony (EDT)/ Speck, Thomas (EDT)/ Rowe, Nick P. (EDT)

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2006-1

价格:$ 178.48

装帧:HRD

isbn号码:9780849332098

丛书系列:

图书标签:

生态学
生物力学
生物物理学
动物力学
植物力学
生态生物力学
功能形态学
生物材料
进化生态学
运动学

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具体描述

We live in a well-engineered universe. This engineering is present in every system and organism in existence, including in the actions and interactions of plants and animals. In fact, one could say that the function and movement of plants and animals is just as much a part of their makeup as chlorophyll and fiber or bone and blood. Consequently, if we want to understand the ecology of animals and plants especially in an integrated ecosystem, it follows that great insight can be gained by taking an approach that studies function and integration of parts rather than the individual parts themselves."Ecology and Biomechanics: A Mechanical Approach to the Ecology of Animals and Plants" offers a collection of state-of-the-art papers that ingeniously demonstrates how biomechanics can provide novel insights into long standing ecological and evolutionary questions. The majority of the book's chapters were originally presented at a symposium held at the annual meeting of the Society for Experimental Biology in Edinburgh, U.K., in 2004. Combining approaches from various disciplines, this volume covers subjects that encompass theoretical concepts and practical approaches involving research on both plants and animals, as well as interactions between the two.Although most of the examples emphasize distinct organism-environment relationships such as the grazing of ruminants, the book also includes a few examples that span larger temporal and spatial scales, achieving wider application across ecosystems. This can be seen in the chapter Implications of Microbial Motility on the Water Column Ecosystems, which highlights how microbial ecosystems can be understood from the mechanics, morphology, and motile responses of the individual organisms. Designed to serve as a reference for students and researchers, "Ecology and Biomechanics: A Mechanical Approach to the Ecology of Animals and Plants" paves the way for further research by demonstrating what can happen when the approaches from two seemingly disparate subdisciplines within the field of biology are creatively combined.

生物力学与生态学前沿：生命运动的物质基础与环境适应 (A Comprehensive Exploration of the Interface Between Biomechanics and Ecology) 本书导言：跨越尺度的整合性科学探究生命现象的本质在于其动态性与环境的持续交互。从分子层面的驱动力到宏观尺度的种群动态，生物体无时无刻不在进行着复杂的运动、承受着环境的物理压力，并以特定的生物力学策略来优化其生存与繁殖。然而，传统的生物学研究往往将生物力学（研究生物体中力与运动的物理学原理）和生态学（研究生物体与其环境相互作用的学科）视为相对独立的领域。本书旨在弥合这一鸿沟，系统性地探讨生物力学原理如何作为底层物质基础，深刻塑造和制约着生态过程、进化路径以及生物多样性格局。本书的焦点在于构建一个多尺度的分析框架，该框架将物理限制、机械效率与生态适应性紧密结合。我们摒弃了将生物体视为“黑箱”处理的传统做法，转而深入剖析细胞、组织、器官乃至整个生物体层面的物理约束，以及这些约束如何通过自然选择的压力，在生态系统中演化出高效且精妙的解决方案。第一部分：力学基础与生物结构（Foundations of Mechanics and Biological Structure）本部分首先为读者建立起理解生物力学复杂性的必要物理和工程学基础。我们并不侧重于复杂的数学推导，而是强调核心概念的生物学意义。第一章：生物材料的本构特性与尺度效应生物体并非均匀的工程材料。本章详细考察了骨骼、肌腱、角质层、纤维素等关键生物材料的粘弹性、韧性、强度与疲劳特性。我们将探讨这些材料属性如何根据其在不同生物体中的功能需求进行“设计”。例如，在海洋环境中，需要高抗压性的生物材料（如珊瑚骨架）；而在快速奔跑的动物中，则需要高能量储存和释放效率的材料（如肌腱）。此外，我们深入讨论了尺度效应：为什么在微观尺度上占主导地位的力学原理（如表面张力、粘附力）在宏观尺度上逐渐被重力或惯性力所取代，以及这种尺度转换如何影响小型生物与大型生物的运动策略。第二章：流体力学在生命活动中的核心作用流体环境（空气和水）对所有生物都构成了显著的力学挑战和机遇。本章聚焦于流体力学（Hydrodynamics and Aerodynamics）在生物体中扮演的角色。我们分析了鱼类、昆虫和鸟类的阻力最小化策略，包括流线型身体设计、边界层控制技术（如鲨鱼皮肤的微观结构）以及如何通过主动或被动地操纵流体来产生升力或推力。在微观尺度，我们探讨了细菌和鞭毛的运动效率，以及细胞器在细胞质中的物质输运与剪切应力的关系。第三章：固体的应力与形变：结构稳定性的进化权衡生物体结构必须在抵抗外界负荷与最小化代谢成本之间取得平衡。本章侧重于结构生物力学。我们将研究脊椎动物骨骼的拓扑优化——为何骨骼的内部结构呈现出多孔或梁状结构而非实心结构，以及这种设计如何最大化强度重量比。对于植物，我们分析了茎秆和叶柄如何通过屈曲理论和抗弯刚度来抵抗风力，并在不牺牲光照捕获能力的前提下，实现最佳的支撑。此处，我们强调损伤容限（Damage Tolerance）的设计哲学，即结构在发生局部失效后，如何通过冗余或分散载荷来避免整体崩溃。第二部分：运动生态学：力学与行为的统一（Movement Ecology: Unifying Mechanics and Behavior）生物体的运动并非孤立的物理事件，而是对生态环境的直接响应。本部分将运动的生物力学解析，置于其生态功能和进化背景之下。第四章：行走、奔跑与跳跃：陆地运动的能效景观陆地动物的运动模式是生物力学约束与生态需求（如捕食、逃避、迁徙）博弈的结果。我们详细分析了步态分析，阐释了不同体型动物如何通过调整步频、步幅、关节角度来最小化耗氧量或最大化运动效率。探讨了弹性能量储存与释放机制（如袋鼠的腱反射和猎豹的脊柱弯曲），展示了如何将生物力学转化为生态优势。此外，本章还比较了不同生态位（如森林底栖动物与开阔地奔跑者）对运动能力提出的独特力学要求。第五章：飞行的代价与收益：空气动力学在生态系统中的影响飞行是生物界中最耗能但最具环境穿越能力的运动方式。本章深入研究了鸟类和昆虫飞行的空气动力学效率。我们将分析翅膀的扑动（Flapping）机制，包括如何通过翼尖涡流和可变翼型来优化升阻比。更重要的是，我们将飞行力学与生态学联系起来：如何根据食物资源的分布和捕食者压力，来优化迁徙的高度和速度；昆虫如何利用风力进行滑翔或漂移，以实现能源节约。第六章：水下世界的挑战：游泳的阻力与推进水生生物面临的主要力学挑战是高密度流体带来的巨大阻力。本章探讨了流体力学优化在水生生物中的体现，包括鱼类如何通过身体的侧向摆动（Undulation）和体段振荡（Oscillation）来产生推力，以及如何通过调节鳍的刚度和形状来控制机动性。我们将比较不同游泳策略（如鳗鱼式的长身体运动与金枪鱼式的尾鳍驱动）在不同环境速度和能量预算下的生态适用性。第三部分：环境适应与进化压力（Environmental Adaptation and Evolutionary Pressures）本部分将视角提升到进化和群体层面，探讨环境的物理选择压力如何塑造生物的生物力学特征。第七章：形态发生与生态功能：从基因到机器生物体的形态结构并非随机形成，而是对长期环境力学负荷的适应性反应。本章讨论发育生物力学（Developmental Biomechanics），考察了早期生长阶段所承受的机械应力如何“编程”最终的成年形态。例如，幼年时期对重力的适应性反应如何决定骨骼的密度和形状。我们探讨了功能形态学（Functional Morphology），分析了工具使用、防御结构（如刺猬的盔甲、蜘蛛丝的强度）的进化起源，它们都是特定物理挑战（如捕食者攻击力、结构支撑需求）的直接力学解决方案。第八章：极端环境下的生物力学适应生命体必须在各种极端物理环境中生存。本章考察了生物体如何应对极端载荷。在深海，生物如何应对高静水压力而不被压扁？在沙漠中，动物如何通过改变步态和身体散热表面积来管理热力学载荷？对于攀爬或悬挂的生物（如猴子、树獭），我们分析了它们如何通过特殊的抓握力、柔韧性和腱的附着点来优化静态承载能力与动态抓取效率的权衡。第九章：种群动态与生态系统工程：集体运动的力学视角将个体运动力学扩展到群体层面，本章探讨了集体运动中的力学意义。鱼群、鸟群的同步运动不仅是行为现象，也涉及复杂的流体力学尾流交互和个体间的机械耦合。我们分析了群体运动在觅食效率（减少个体阻力）和防御策略（迷惑捕食者）中的力学优势。此外，我们还审视了巨型结构（如蚁丘、河狸坝）的工程学，它们是生物体利用周围材料，通过集体行为，对物理环境施加反馈影响的宏观体现。结语：未来研究方向与综合科学的必要性本书总结了生物力学与生态学交汇领域的现有成就，并指出了未来研究的重点：利用先进的成像技术（如同步辐射CT、高速摄影）来捕捉动态过程，结合计算建模（如有限元分析）来预测结构响应，以及利用大数据的移动追踪技术来理解群体的力学行为。我们强调，只有将生命体的物质基础（力学）与它们存在的环境（生态）视为一个不可分割的系统，我们才能真正理解生命复杂性的深度与广度。本书为生物学、工程学、物理学及环境科学的研究者提供了一个整合性的视角，以期发现生命运动与环境适应的普遍规律。