生物多样性如何维持地球生命

物种丧失会减少特定地块上的生物量总量,这表明多样性程度直接影响地球可以支持的生命数量

1994年,生物学家在明尼苏达州雪松溪的草地上播种。一些地块播种了多达16种草和其他植物,而另一些地块则只有一种。在最初几年,拥有八种或更多物种的地块与物种较少的地块表现相当,这表明物种的复杂组合(即所谓的生物多样性)并未影响地块的叶、片、茎和根(或科学家所称的生物量)的数量。但是,当在更长的时间跨度(超过十年)内测量时,那些物种最多的地块产生了最丰富的植物生命

明尼苏达大学的生态学家彼得·赖希解释说:“不同的物种在获取水、养分和碳以及在生态系统中维持它们的方式、时间和地点上有所不同。因此,当许多物种一起生长时,它们具有更广泛的性状,使其能够获得所需的资源。”赖希领导了这项将于5月4日在《科学》杂志上发表的研究。这一结果表明,“任何程度的多样性丧失都可能对生态系统功能产生不利影响。”这与之前许多研究发现的结果相反,主要是因为这些研究只关注短期结果。

整个地球正处于一些研究人员所称的地球历史上第六次大灭绝事件的风口浪尖:由于人类活动,植物、动物和所有其他生命形式正在被消灭。 西华盛顿大学的生物学家大卫·胡珀领导的一项荟萃分析详细描述了这种生物多样性丧失的全球影响。他的团队检查了 192 项研究,这些研究着眼于物种丰富度及其对生态系统的影响。 胡珀解释说:“迄今为止,生物多样性丧失的主要驱动因素大致按影响程度排列是:栖息地丧失、过度捕捞、入侵物种、污染和气候变化。” 也许不足为奇的是,“21 世纪的生物多样性丧失可能位居生态系统变化的主要驱动因素之列,”胡珀和他的同事在 5 月 3 日的《自然》杂志上写道。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)


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在给定的生态系统中,仅仅失去 21% 的物种就会使该生态系统中的生物量总量减少多达 10%——这可能还是一个保守的估计。当超过 40% 的生态系统物种消失时——无论是植物、动物、昆虫、真菌还是微生物——其影响可能与严重干旱造成的影响一样显着。这项分析也没有考虑到物种灭绝如何既可能由其他变化驱动,又可能与其他变化协同作用——无论是平均气温升高还是氮污染。胡珀承认,在现实世界中,环境和生物变化“很可能同时发生”。 “这是未来研究的关键需求。”

人类对地球上其他生命产生影响的主要驱动因素——无论是通过砍伐森林还是在田地里倾倒过量肥料——是我们对食物的需求。 胡珀指出,维持农业生态系统的高生物量(通常强调单一栽培(单一物种)),同时又保护生物多样性(某些物种现在仅出现在农田中)已成为“可持续发展的关键问题”,“如果我们要为未来 40 到 50 年地球上的 90 亿人种植粮食”。

从长远来看,维持土壤肥力可能需要培育、创造和保护植物和微生物多样性。 毕竟,生物多样性本身似乎控制着元素循环——碳、氮、水——这些循环使地球能够维持生命。 例如,只有通过相互结合,一组草原植物物种才能在土壤和叶片中维持健康的氮水平。 “正如在农业中一样,随着土壤肥力的提高,这直接促进了生物量的产生,”赖希指出。 “当我们减少景观中的多样性时——想想玉米地、松树人工林或郊区草坪——我们就未能利用生物多样性提供的宝贵自然服务。”

然而,根据胡珀的研究,这些服务中至少有一项在很大程度上没有受到影响——分解。 这意味着细菌和真菌仍然会愉快地分解第六次物种大灭绝后剩下的任何植物。 但据哈佛大学昆虫学家 E. O. 威尔逊称,成千上万独特的物种已经消失,其中大多数甚至不为科学所知——这个速度可能会使地球上的物种总数在 2100 年之前减少一半。 过去物种的幽灵困扰着世界各地的生态系统,这些生态系统不仅失去了一种或另一种类型的草或蛔虫,而且还失去了一些维持整体生命的力量。

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