生物多样性:破坏与修复的平衡

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所属分类:百科知识2014年

自工业革命以来,人类大量使用化石能源,增加了温室气体排放,导致气候变暖比自然变迁中的变暖和变冷更加猛烈和间隔周期更短。此外,人类生产和使用的大量化合物,如杀虫剂、除草剂、化妆品、药物、洗涤剂等排放于自然,也导致了对自然和生物多样性的损害。
  但是,地球和大自然也在以最大的自我修复能力来弥补人类活动导致的生物多样性受损。现在,这两种力量的较量可能走到了一个节点。
  生物多样性的减少
  人类活动导致生物多样性的减少已经有太多的事例,但是,最近披露的一些人类活动导致物种减少的结果仍然让人触目惊心。
  尽管欧洲制定了关于保护环境的物种多样性的法定农药浓度,但在这种被视为对环境有保护作用的农药浓度的使用下,生物多样性仍然在下降。德国研究人员的一项研究表明,农药残留已经严重破坏了无脊椎动物的多样性。大量使用农药导致无脊椎动物,如蜉蝣和蜻蜓等生物的锐减。
  德国水生生态学家米哈伊尔·别克托夫和其同事研究并分析了德国、法国和澳大利亚等地的农药残留与物种多样性减少的关系。他们调查了在德国中部的23条溪流,法国西部平原南部的16条河流和在澳大利亚南部维多利亚的24条溪流。根据3种不同程度的农药污染程度,研究人员把这些河流和溪流分为3类:未受污染河流和溪流、轻度污染河流和溪流及高度污染河流和溪流。
  结果发现,在德国和法国高度污染河流和溪流比未受污染的河流和溪流生物品种少了42%;澳大利亚高度污染的河流和溪流无脊椎动物的数量与未受污染河流和溪流的无脊椎动物的数量相比,最多减少了27%。这一事实说明,即便在环境保护做得比较好的地区,人类生产的多种化学物质也在进一步造成生物多样性的减少。
  气候变暖也对海洋和水生生物的多样性造成了威胁。
  美国斯坦福大学的克罗克等人发现,人类活动导致的全球变暖主要体现在大气和环境中的二氧化碳浓度的升高,同时也引起海水酸性增强,由此影响和减少海洋生物的多样性。为了研究二氧化碳对水生动物多样性的影响,他们选取了靠近意大利的伊斯基亚岛附近的海水为研究对象。这些海域的浅水层位于地中海板块上的火山口,大量的二氧化碳由此喷出,并以该地为中心形成一个海水化学梯度,越靠近喷发口,酸性越大。
  海水的酸化对由碳酸钙构成壳体的生物的影响最大,它们的壳体会在酸性水域中被消融掉。蜗牛、蛤蚌、贻贝和扇贝在极酸的水域未见踪影;附着于岩石生活的小蟹类、海胆、基围虾也消失不见;在酸度比周围水域适度高些的中间地带,一些蠕虫难觅踪迹。在海水酸性最强的地方,即使相距1米,物种的变化也非常显著。
  但是,海水酸性增强并非总是削弱动物的生存,如无脊椎动物会沿着酸性浓度最大的喷发口到方圆200米开外的酸性分布带形成栖息区。但是,总体而言,海水酸性增加会影响到整个海洋生态系统,使生物多样性减少。因为,随着小蟹类、海胆、基围虾等生物的减少,以它们为食的鱼类和大型海洋生物也会因此而减少。
  2014年5月6日,美国白宫发布的《国家气候评估》指出,由于人类活动造成气候变暖,物种,包括许多标志性的物种可能在其生存的地区消失或灭绝,改变了一些地区的植物和动物组合。
  所有这些都表明,人类活动导致的环境污染、气候变暖以及过度捕捞等,已经造成了生物多样性的减少,这对人类的生存并非好事。
  自然的自我修复能力
  尽管人类的活动造成了环境污染和全球变暖的加速,并因此而导致生物多样性的减少,但是,大自然也在用较强的自我修复能力对地球上的生态损害进行修补,一些研究结果正在揭示这一点。
  生物多样性一般可以通过α、β和γ多样性指数来反映。α多样性指数主要关注一个相对均匀的区域生境中的物种数目,也可称为生境内的多样性;β多样性指数则指沿环境梯度变化,不同生境群落之间物种组成的相异性,β多样性与α多样性一起构成了总体多样性或一定地段的生物异质性。γ多样性则用于考察区域或大陆尺度的生物多样性,常用区域或大陆中的物种数量来衡量,也称为区域多样性。
  与人们印象中的生物多样性日益减少的事实相反,现在研究人员发现,从极地到热带,从海洋到陆地,很多地方的物种数量甚至有所增加。英国圣·安德鲁斯大学的玛丽亚等人仔细查找了世界各地多年之前跟踪和统计的物种检测研究,选择了100年中包含超过35000个不同物种的观测,其中最早的数据可追溯到1874年,但更多的数据集中在过去40年。
  他们的研究发现,几十年来许多地方的物种数量一直没有太大的改变,反而有所增加。近80%的生物群落在物种组成方面发生了变化,59%的生物群落的物种多样性增加了,41%的生物群落的物种多样性有所下降。研究人员认为,全球物种在快速周转,导致新的生物群落出现。这些情况也表明,随着生物多样性的丧失,生物多样性也开始变化,并且得到修复。
  生物多样性的变化甚至呈现加速趋势。例如,几乎80%的群落在物种组成方面表现出实质性变化,平均每10年有约10%的变化,明显超过由各种模型所预测的速度。在地球上,生物物种正在进行巨大的周转,由此而产生新的生物群落。
  与此同时,一些地方性的生物群落多样性也在增加。例如,在美国的佛罗里达州,蚂蚁的多样性就增加了,其中大约30%的蚂蚁都不是本地的,它们主要是从热带地区意外地被引入,现在组合成为当地群落的一部分。
  此外,过去的研究表明,珊瑚是气候变暖的最大受害者之一,由于海水酸化,许多珊瑚死掉,而珊瑚的消失又让鱼类、蠕虫、软体动物、海绵、棘皮动物和甲壳动物等失去了栖息地,导致海洋生物的减少。但是,玛丽亚等人的研究发现,衰落的珊瑚礁可能由其他藻类取代,因此能保持海洋中的相同的物种数目,以保持物种的数量和多样性,但是珊瑚的减少也可能不会让渔业和旅游业像过去那样受益于珊瑚礁。
  当然,生物多样性的周转和取代还可能发生其他一些情况。例如,随着海洋变暖和污染的加剧,凤尾鱼可能会减少,但是却会出现更多的可怕的水母,这也是一种物种的替换或取代,以此来保持物种的多样性。所有这些都是大自然本身的修复功能所产生的效应。不过,更能说明大自然的修复功能的是最新发现的珊瑚适应环境变化的能力。
  珊瑚的适应能力
  珊瑚的存在是保持海洋生物多样性的重要条件,正如陆地上的植被存在是陆地生物多样性的保证一样。因为,由珊瑚形成的多孔的珊瑚礁为许多海洋生物提供了生活环境。成千上万的珊瑚虫死亡后,其碳酸钙骨骼在成百上千年的时间逐渐堆积,形成珊瑚礁。大多数珊瑚必须在透光层(水深不到50米)中生长,在珊瑚内共生的单细胞虫黄藻能够进行光合作用,并为珊瑚虫提供营养,同时为珊瑚礁披上绚丽的色彩。
  在珊瑚中生活的生物有蠕虫、软体动物、海绵、棘皮动物和甲壳动物等,占海洋物种数的25%。一些无脊椎动物生活在珊瑚礁的岩石基础内部,有些能够钻入石灰岩,有些住在岩石内部本来就存在的缝隙中。珊瑚礁也是培育多种鱼类的幼鱼的摇篮,也是一些海洋哺乳动物的食物来源。所以,珊瑚的生死存亡影响着海洋生物的多样性。
  虫黄藻是海藻的一种,密集分布在珊瑚虫的内胚层细胞中,从珊瑚虫那里获得光合作用所必需的二氧化碳,并向珊瑚虫提供氧气、葡萄糖和氨基酸等。如果海水温度上升及海水污染,珊瑚虫体内共生的虫黄藻就会减少,从而引起珊瑚白化,并最终导致珊瑚死亡。但是,目前人们并不知道海水温度上升及海水污染是如何让虫黄藻减少的。
  美国斯坦福大学的史蒂芬·帕鲁姆比等人发现,尽管珊瑚礁对温度高度敏感,但它能抵抗气候变暖。这是通过顺应与适应来实现的。所谓顺应是指,生物个体在其生活史上产生了非遗传学的变异以应对环境的变化;所谓适应是指生物个体出现了遗传学上的变异以应对环境的变化。由于人们对这两个概念有争论,因此可以统一用适应来描述珊瑚对环境变暖的应对。
  生物应对气候变暖或污染的方法之一是迁移,但是,珊瑚和其他一些固着生物只能通过幼虫才能迁移,成虫是固定不动的,因此珊瑚的幼虫可以迁徙,但成虫不可以,后者就必须通过行为方式和生理变化来适应变暖的环境。
  帕鲁姆比研究团队选择了几个有明显温度差异的实验地点,如美国萨摩亚后礁池(这个地方经常出现极端高温情况),并采集这些地方的珊瑚礁进行相互交换,然后观察它们的生理和基因表达状况。结果发现,珊瑚礁能够适应高温并产生耐热性,而且还将这种变化固定在基因表达中。
  这些固定在基因中的特征可以通过表观遗传进行传递,而且能在非极端温度条件下的珊瑚礁中保存下来。研究人员估计,这些表观遗传变化的速度为15~24个月,比进化适应所需的多代速率要快得多。由于有这种表观遗传传递对环境温度变化的适应,珊瑚对未来增温的压力就有一种内部的预先适应。
  此外,珊瑚可以在相对较小的空间(数十米)和时间(数十年)尺度上对温度上升予以响应和适应。
  如何看待自然的修复能力?
  帕鲁姆比等人只是测试了一种快速生长的珊瑚适应气候变暖的适应性,现在还不清楚有多少珊瑚具有这样的适应能力。当然,从这一点也可以看出,珊瑚和其他物种都有适应环境变化的能力,许多物种通过适应形成和发展了自我修复能力,让生物多样性不会减少,或通过其他物种的替换和增加来弥补生物多样性的减少。
  对于自然的这种修复能力,美国斯坦福大学物理学家罗伯特·劳克林(1998年的诺贝尔物理学奖得主之一)早就认为,不必对全球变暖担忧,因为地球会自行解决这个问题。他说,“地质记录告诉我们,当我们展望未来时,不需要为气候问题担心太多,这并不是因为它不重要,而是因为这是我们力所不能及的”。换句话说,不管人们往地球上扔什么,地球都会以自己的节奏和方式将问题解决掉。
  地球非常古老,而且经受过很多磨难:火山爆发、洪水、流星碰撞、造山运动,以及各种形式的灾难,这些都比人为造成的打击要严重。然而,地球仍然健在。对地球来说,气候变化的危机(假如称得上危机的话)就像在公园散步一样。
  但是,劳克林也承认,人类面临的真正问题是人口压力,还有居住地的破坏、滥用杀虫剂、过度捕杀、物种入侵等。
  当然,也有人并不同意劳克林的观点,尤其是环境保护者。他们认为,即便大自然有全方位的自我修复能力,但如果人类对环境的破坏日积月累,总有一天会超越地球的自我修复能力,这时负面效应就会增多,生态也可能崩溃。
  所以,与其让自然界来自我修复被破坏的肌体,不如人们主动采取行动保护地球,这才能让地球维持其正常的自我修复能力,就像人的每个个体一样,不要让癌症破坏人的免疫系统,人的自我修复能力才能维持。所以,现阶段不能制造大自然的癌症。
  【责任编辑】张田勘
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