生物多樣性如何維持地球生命

物種喪失會減少特定地塊上的生物量總量,這表明多樣性程度直接影響地球可以支援的生命數量

1994年,生物學家在明尼蘇達州雪松溪的草地上播種。一些地塊播種了多達16種草和其他植物,而另一些地塊則只有一種。在最初幾年,擁有八種或更多物種的地塊與物種較少的地塊表現相當,這表明物種的複雜組合(即所謂的生物多樣性)並未影響地塊的葉、片、莖和根(或科學家所稱的生物量)的數量。但是,當在更長的時間跨度(超過十年)內測量時,那些物種最多的地塊產生了最豐富的植物生命

明尼蘇達大學的生態學家彼得·賴希解釋說:“不同的物種在獲取水、養分和碳以及在生態系統中維持它們的方式、時間和地點上有所不同。因此,當許多物種一起生長時,它們具有更廣泛的性狀,使其能夠獲得所需的資源。”賴希領導了這項將於5月4日在《科學》雜誌上發表的研究。這一結果表明,“任何程度的多樣性喪失都可能對生態系統功能產生不利影響。”這與之前許多研究發現的結果相反,主要是因為這些研究只關注短期結果。

整個地球正處於一些研究人員所稱的地球歷史上第六次大滅絕事件的風口浪尖:由於人類活動,植物、動物和所有其他生命形式正在被消滅。 西華盛頓大學的生物學家大衛·胡珀領導的一項薈萃分析詳細描述了這種生物多樣性喪失的全球影響。他的團隊檢查了 192 項研究,這些研究著眼於物種豐富度及其對生態系統的影響。 胡珀解釋說:“迄今為止,生物多樣性喪失的主要驅動因素大致按影響程度排列是:棲息地喪失、過度捕撈、入侵物種、汙染和氣候變化。” 也許不足為奇的是,“21 世紀的生物多樣性喪失可能位居生態系統變化的主要驅動因素之列,”胡珀和他的同事在 5 月 3 日的《自然》雜誌上寫道。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)


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在給定的生態系統中,僅僅失去 21% 的物種就會使該生態系統中的生物量總量減少多達 10%——這可能還是一個保守的估計。當超過 40% 的生態系統物種消失時——無論是植物、動物、昆蟲、真菌還是微生物——其影響可能與嚴重乾旱造成的影響一樣顯著。這項分析也沒有考慮到物種滅絕如何既可能由其他變化驅動,又可能與其他變化協同作用——無論是平均氣溫升高還是氮汙染。胡珀承認,在現實世界中,環境和生物變化“很可能同時發生”。 “這是未來研究的關鍵需求。”

人類對地球上其他生命產生影響的主要驅動因素——無論是透過砍伐森林還是在田地裡傾倒過量肥料——是我們對食物的需求。 胡珀指出,維持農業生態系統的高生物量(通常強調單一栽培(單一物種)),同時又保護生物多樣性(某些物種現在僅出現在農田中)已成為“可持續發展的關鍵問題”,“如果我們要為未來 40 到 50 年地球上的 90 億人種植糧食”。

從長遠來看,維持土壤肥力可能需要培育、創造和保護植物和微生物多樣性。 畢竟,生物多樣性本身似乎控制著元素迴圈——碳、氮、水——這些迴圈使地球能夠維持生命。 例如,只有透過相互結合,一組草原植物物種才能在土壤和葉片中維持健康的氮水平。 “正如在農業中一樣,隨著土壤肥力的提高,這直接促進了生物量的產生,”賴希指出。 “當我們減少景觀中的多樣性時——想想玉米地、松樹人工林或郊區草坪——我們就未能利用生物多樣性提供的寶貴自然服務。”

然而,根據胡珀的研究,這些服務中至少有一項在很大程度上沒有受到影響——分解。 這意味著細菌和真菌仍然會愉快地分解第六次物種大滅絕後剩下的任何植物。 但據哈佛大學昆蟲學家 E. O. 威爾遜稱,成千上萬獨特的物種已經消失,其中大多數甚至不為科學所知——這個速度可能會使地球上的物種總數在 2100 年之前減少一半。 過去物種的幽靈困擾著世界各地的生態系統,這些生態系統不僅失去了一種或另一種型別的草或蛔蟲,而且還失去了一些維持整體生命的力量。

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