生物多样性

生物学

shēng wù duō yàng xìng

生物多样性是一个地区内生命的多样程度,包括物种数量、物种内部的遗传变异,以及生态系统的多样范围。

Definition

生物多样性是指一个地方生命种类的丰富程度;因此一片拥有成千上万种树木、鸟类、昆虫和青蛙的雨林,其生物多样性很高,而一片主要种植玉米的农田,其生物多样性则很低;生物多样性的作用就像一张由许多股绳线编织而成的安全网:即使断了一根,其余的绳线仍然能保持整张网的完整,而一张只有寥寥几根绳线的网则会散架。更正式地说,生物多样性涵盖了物种内部的遗传多样性、群落内部的物种多样性,以及区域范围内的生态系统多样性,多样性更高的生态系统往往更稳定、生产力更高,也能更快地从干扰中恢复;而生物多样性本身正受到栖息地丧失、入侵物种、污染、过度开发和气候变化的威胁,其水平在热带地区以及珊瑚礁等生物多样性热点地区达到最高。在测量层面,生物多样性用遗传多样性(等位基因丰富度、杂合度)、物种多样性(丰富度和均匀度,常用香农指数或辛普森指数来概括)、功能多样性(生态角色的范围),以及生态系统多样性来量化;草地实验研究表明,生产力、养分保持能力和稳定性,都会通过互补效应和保险效应,随物种丰富度的增加而提高;生物多样性的空间格局遵循纬度多样性梯度、物种面积关系,以及岛屿生物地理学理论;目前的灭绝速率,估计是背景灭绝速率的$100$到$1{,}000$倍,这引发了关于"第六次大灭绝"的讨论,保护工作因此优先聚焦于生物多样性热点地区、关键种和伞护种,以及生态连通性。

Example

北卡罗来纳州南阿巴拉契亚山脉拥有的蝾螈物种数量,比地球上任何其他地方都多,超过$60$种,这是因为那里凉爽、湿润的古老森林从未被冰川刮蚀过;一公顷热带雨林可以容纳超过$300$种树木,而北卡罗来纳州典型森林中大约只有$20$种。在明尼苏达州的雪松溪实验中,种植了$16$种草地植物的样地,其生物量大约是单一物种样地的$2$到$3$倍,抗旱能力也强得多;尽管已有$150$到$200$万个物种被正式描述记录,但对真核生物真实物种数量的估计,集中在约$870$万种左右,这意味着地球上大部分的生物多样性至今仍未被命名。

Key Insight

爱尔兰马铃薯饥荒之所以发生,是因为当时种植的马铃薯几乎全部是遗传上完全相同的品种,因而对同一种疾病同样脆弱,这提醒我们,单一物种内部的遗传多样性,与物种数量本身同样重要;生物多样性既是演化的产物,也是未来演化的原始材料,因此每失去一个物种,就等于失去了一套耗费数百万年才发展出来、在任何人类时间尺度上都无法恢复的解决方案。