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地球上的生物多样性比我们想象中的丰富得多
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地球上的生物多样性比我们想象中的丰富得多
发布人:《科学美国人》中文版《环球科学》(北京)  发布时间:2017-2-16

    经过人类数百年的研究,你可能会认为我们对地球上生存的不同物种的种类数量至少已经有了一个大致的了解。生物多样性由于受到人为的影响而迅速消失,因此加深我们人类对物种种类的了解也已经变得越来越紧迫。一些物种甚至在我们发现它们之前就已经灭绝了。

    科学家已经命名了将近两百万个物种,但是地球上物种的估计总数目大概在三百万到一亿之间。最近,人们的共识停留在了这个范围的低端,因为一个受到广泛吹捧的研究为物种的数目提出了一个精确的数字:八百七十万(不包括难以统计的细菌菌株的数量)。

    如果是这样的话,我们就已经完成了大部分的编录地球多样性的工作,可能完成了20%。

    但是对应这周我们发表在《自然》杂志的研究结果,我们认为这个共识可能把地球的多样性低估了十倍。

    如果是这样,那么描述和了解生物多样性这个任务就比想象中要艰巨太多了。自从300年前瑞典博物学家卡尔·林奈开创科学分类法以来,我们识别出的物种可能只占地球多样性的2%。

    物种往往并不是它们看起来的那样

    物种是生物多样性的基本单位之一。每个物种都代表着一个独立的进化谱系及不可替代的基因库。

    例如,家犬(Canis lupus)与金豺(Canis aureas)并非同一物种,因为这两种动物不能正常的交配或者交换基因。但是西班牙猎犬和斑点狗就不过是同一物种(Canis lupus)中的不同品种,它们很容易在一起交配产生杂交犬后代。

    有时候,人们很难将不同的物种区分开来。一个极端的例子是隐蔽种,这些不同的物种在外表上十分相似,但是他们却是彼此之间从来不会进行异种交配的不同物种。因此,它们拥有向独立方向进化的不同基因库。

    通常,研究人员只有结合野外调查、生态学和遗传学来进行大量艰苦的研究,才能发现隐蔽种。

    通过对似乎是单一物种的广泛分布的澳大利亚壁虎进行的DNA研究,我们发现每个物种其实包含了多达十个隐蔽种。每个隐蔽种仅限于生活在一个小区域,并且在过去的一千万年间从来没有与相邻区域的其他隐蔽种发生过异种交配。

    尽管这些隐蔽的壁虎种类看起来非常相似,但是它们彼此间在基因上的差异比人类和黑猩猩之间的差异还要大。所以,尽管它们在外表上非常相似(有时候几乎无法区分),但是它们绝对是不同的独特物种。

    研究人员最近在一些被进行过大量研究的大型海洋生物(如突吻鲸和锤头鲨)中也发现了隐蔽种。

    在陆地生物中,科学家们才刚刚意识到非洲象可能不是一个单一的物种,而是有两个隐蔽种:灌木(大草原)象和森林象。

    地球上大多数生物都是小型无脊椎动物,尤其是节肢动物如昆虫、蜘蛛和甲壳类动物,人们对这些动物的了解比对大象和鲨鱼的了解要少很多。

    由于分类学家太少而无脊椎动物太多,因此只有那些有明显差异的种群才被辨别出来作为单独的物种。这种分类通常只基于对外观的目测,而没有进行遗传上的分析。这些第一次通过分类的物种被称为形态种,它们构成了目前已知的大多数生物多样性。

    当科学家用DNA研究的方法进一步仔细观察这些无脊椎动物形态种的时候,他们通常会发现其中包含有多个物种。这些不同的物种看起来非常相似,但是它们并不会进行交配,而且在过去的数百万年间也没有发生过交配。

    例如,曾被认为是一个单一物种的疟蚊其实有至少7个不同的种类。一种重要的农业害虫(烟草粉虱)实际上有31个隐蔽种。

    即使有诸如快速DNA条码这样的技术保障,要在遗传细节上观察每一个已知的物种仍然是一项巨大的工作。但是当我们这样做的时候,隐蔽种已经向大多数生物证明它们是自然存在的而不是例外。

    数以百万计的物种

    在已知的两百万个物种中,大多数都是形态种。地球上有八百七十万个物种的估计以及其他类似的估计都来自于对这个两百万的数字(或者是早期更低的数字如一百二十万)的外推。

    然而,大量新的遗传研究表明,很多目前已知的形态种可能代表了多达十个或者更多的隐蔽种,这些隐蔽种彼此间都十分相似,但是它们却是拥有各自不同基因库的真正的物种。大多数对全球物种多样性的估计都没有把这些隐蔽种包含进去。

    因此,如果我们着手去分析那两百万个已经鉴别出来的形态种的DNA的话,它们将很可能代表着大概两千万个真正的物种。这个十倍的增多将使地球总的生物多样性增加一个相应的数量级,比如从八百七十万变为八千七百万。

    为什么分类学对人类很重要

    隐蔽种的分类真的很重要吗?比如说,把非洲象看作是一个形态种,或者正确地认识到它们是两个相似但是不同的物种,这两种分类会产生什么不同的影响吗?

    我们认为这会产生深远的影响。把所有的非洲象归为一个单一的物种将会导致可怕的保护决策的产生。

    比如,只要仍然有大量的大象生存在大草原上,我们可能就不会关心森林中的大象的数量正在下降的事实。人们可能会任凭森林象的消失,而这则将导致一个独特的物种的灭绝。我们可能还会使问题加重,因为我们也可能会再将生活在大草原上的象迁移到茂密的森林中,而森林对这个物种来说是一个陌生的栖息地,最终我们只能好奇它们为什么没有大量繁殖生长。

    同样的,知道一种讨厌的蚊子是一个物种还是几个物种将是一个能改善数百万人生命的重要的信息。蚊子的隐蔽种可能在行为、栖息地和传播疟疾的能力上都各不相同。

    因此,分类学家们正在努力对地球上的物种进行的正确计数和鉴别并不仅仅是一项微不足道的学术活动。

    了解地球上有多少生命形式是可能被问及的最基本的科学问题之一。我们在回答这个问题上所付出的努力将在从环境保护到农业再到健康领域等众多重要的方面为人类带来极大的益处。

    (翻译:郭晓;审校:海带丝)

 
 
 
 
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