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世界上到底有多少種生物?

时间:2019年08月22日 18:04  稿件来源:澎湃新聞


海底生物

  曾幾何時,有一些生物學家一再聲稱,人類在生命探究的征程中取得了完滿的勝利。然而,大自然很善於愚弄那些試圖限定它的邊界的人,越來越多的發現表明,仍然有無數無法想象的未知生命等著我們去探究。

  著名博物學家、哈佛大學教授愛德華·威爾遜認為,當今生物學研究有三個維度。第一個維度是對模式生物的研究,即選擇一些比較有代表性的生物進行深入的研究,拓展生命探究的深度和縱向維度。典型的模式生物包括擬南芥、小鼠、黑腹果蠅、秀麗隱桿線蟲、斑馬魚等。

  第二個維度是對生物多樣性的研究,也即發現各種各樣的生命,擴展生命探究的橫向維度。

  第三個維度是重構每個物種的演化史,即借鑒第一個維度的研究方法,將每一個物種的生命知識全部都填滿。

  如此繪制出完備的“生命之樹”,勾勒出一個物種完整的生命演化歷程。從古到今,人類對“生命之樹”的認識歷經了漫長的過程。

  中國的古人是如何認識生命的?

  由於中國歷史悠久,在古代對動植物的記載有一段非常豐富的歷史。早在李時珍的《本草綱目》裏就介紹了很多動植物,當然這些植物主要是用於藥用的。因此中國對生命的探索首先很大一部分都得益於中醫的發展。中醫很神奇,幾乎沒有哪種動植物是不能入藥的。

  其次,生命探索也得益於一批文人雅士,他們通過寫一些詩、詞,其中也多有對物種的記載。再次,對生命的探索還得益於我們中國最廣大、最豐富的“吃貨”群體。

  如果有人問中國生物豐富多樣性的地方在哪裏呢?答案就在餐桌上。中國人對吃的講究,一定程度上對物種的認識有很大的幫助。那麽,古人眼中的動植物都是科學的嗎?或者說古人對於動植物的認識和現代的科學認識是一樣的嗎?

  我們可以舉珠頸斑鳩的例子。古代有一種拐杖叫做鳩杖,拐杖的頭是斑鳩的造型。鳩杖在古代是老年的象征,拄著它可以去公堂縣衙不用下跪,在古代75歲以上的老人朝廷才給他頒發鳩杖。為什麽把斑鳩的造型當作一種老年的象征?這表明了古人對斑鳩的認知。

  這裏引用了斑鳩的一個典型特征:鳩在古代被稱之為“不噎之鳥”,吃食不會噎住,而老人由於吞咽功能下降,吃快了可能會噎著,從而引發危險,所以用斑鳩做成鳩杖以此來表達對老人的尊重。

  根據現在的研究解剖發現,斑鳩確實消化能力很強,這也是咱們古人認知比較準的。但古人也有認知不準確的地方。古人講烏鴉(實際上是寒鴉)等到幼鳥長大之後會把食物給父母吃,古人就把它們作為“孝順”的代表。

  其實這種認識是錯誤的,真實的情況是:寒鴉屬於晚成鳥,它相當長的一段時間需要父母捕食餵養它們。當它的身體大小長到和父母很接近時,古人發揮了一些想象,以為是孩子在反哺父母,真實的情況其實還是父母在餵養它的“大孩子”。

  還有大名鼎鼎的鴛鴦,鴛鴦在中國被當作愛情的象征,很多人結婚會用鴛鴦繡花枕頭或者鴛鴦圖形。然而,真實的鴛鴦並非真的“專一”,雄鴛鴦和雌鴛鴦只在交配期的時候才成雙成對出現,一旦交配完之後它立馬會另取新歡。從某種程度上講,真正的“只羨鴛鴦不羨仙”只是很多男人的追求而已。

  再如大鴇,有一些不文明的場所有所謂的“老鴇”,就是通過這種鳥演繹出來的。古人認為這種鳥只有雌鳥,沒有雄鳥,認為它可以和任何的鳥交配。其實它是有雄鳥的,只是二者相差很大,雄鳥的體重達到雌鳥的一倍多,因此這兩種鳥在一起的時候古人把它當作兩種鳥。這是古人認識的錯誤,因為認識錯誤讓這種鳥背負了罵名。

  為“萬物”命名:地球上到底有多少物種?

  古人沒有系統的命名和歸納,對周圍物種的認識也常常停留在表面。系統的命名和歸納要追溯到西方18世紀,也即卡爾·馮·林奈(註:1707-1778,瑞典生物學家)的時期。

  人們往往稱林奈為“萬物命名人”,他統一了物種的命名法則,並開創了以植物的性器官對植物進行描述和命名的方式,這是一項了不起的成就。林奈終其一生命名了一萬多個物種,可以說是名副其實的“萬物”命名人;然而一萬個物種相比於真實的生物多樣性,也只是冰山一角。

  那世界上究竟有多少物種呢?

  這個問題不斷被後世的博物學家提出,其中有一人號稱當代的林奈“使徒”——特裏·歐文。他是一個昆蟲學家,主要是研究甲蟲。據他的估算,全世界僅節肢動物便有3000萬種。

  歐文在巴拿馬的熱帶森林裏,用殺蟲劑噴灑19棵同種樹,他在這19棵樹中發現的甲蟲裏有163種是較為特殊的,不會棲息在其他種類的樹上。換句話說,這些甲蟲對某種樹有所謂的“宿主特異性”。

  全球一共有約5萬種樹木,假設每種樹上都有163種宿主特異的甲蟲,假設甲蟲的物種數量占節肢動物物種總數不超過1/3。那麽全球熱帶節肢動物的數量便有將近3000萬種。

  歐文的估計遠遠大於此前人們認為的世界上有幾百萬個物種的估算,也招致了不少爭議。人們當然不會滿足於紙間筆端的粗略估算,希望能夠有更切實的證據。可不可以把全世界所有的物種都找出來,或者找到一個區域內所有的物種,看看究竟能有多少。

  這是一個宏大的計劃,生態學家丹·詹曾便是實踐者之一。他先後在哥斯達黎加發起“瓜納卡斯特全物種多樣性編目項目”,在美國大煙山國家公園發起“大煙山全物種多樣性編目項目”,試圖厘清某一個地方的物種數量。

  然而終究沒有成功。關於世界上有多少物種的問題,有幾個繞不開的問題,也是一些人質疑全物種多樣性編目項目的原因。其中質疑的核心有兩個,其一便是物種的概念問題:究竟什麽是“物種”?物種是怎麽界定的?生物個體之間的界限本來就很模糊,物種之間的界限更是如此。

  從歷史的角度來看,大多數物種都基於形態學命名,也就是基於它們的樣子命名。然而,物種之間可能會有難以察覺的細微區別,比如釋放的化學物質不同,而兩個看上去截然不同的物種之間又可能可以自由地繁殖。區分物種的方法可能會有很多,但由於物種區分具有主觀性,沒有什麽方法是絕對正確的。

  另一個是物種是在不斷變化的,今天我們發現了這個物種,可能過段時間這個物種分化了。至少到目前看來,縱然我們人類已經可以把人類送上月球,但我們甚至依然不知道,在我們後院這樣的一隅之地,究竟有多少物種。

  與微生物共生:原來肥胖不是妳的錯

  在林奈之前人類始終認為自己是生物的中心,是絕對的中心,而林奈告訴世界,我們人類不過是地球上一個普通的物種而已,沒有多少特別。但是林奈忽視了微生物界。早在林奈之前一百年的列文虎克(註:安東尼·列文虎克,1632-1723,荷蘭顯微鏡學家、微生物學的開拓者)時代,人們就已經發現了微生物。

  在列文虎克之前,歐洲人認為跳蚤是最小的生物,即使那個時期已經有了顯微鏡。列文虎克最大的發現就是發現了細菌界和原生生物;林奈對動物命名,但他並沒有發現新的界,而列文虎克發現了新的界。

  近二十年,人類對微生物的研究發展是很快的,通過分子生物學手段,我們發現人類其實是一個共生生物體:我們與微生物是共生的。人體的微生物絕大部分集中在腸道,人體的腸道微生物大概有1到2斤重。

  過去的看法認為,人體細胞的數量是其他部分的10倍;但其實“如果把所有細胞都算在內的話,估計妳只能算是43%的人類。”美國加利福尼亞大學聖叠戈分校的羅布·奈特教授如是說。如果從基因數量上來看,人們更是處於下風。

  人類基因組大約由兩萬個基因組成,但人體中的微生物群的基因大約在200萬-2000萬個。美國加州理工學院的微生物學家薩爾基斯更是認為,人類不僅僅有一個基因組,人體中的微生物群應該是人們身體中的第二個基因組。他認為,每個人都是由自身的DNA再加上人體中微生物的DNA結合起來的。

  現在的科學已經發現,微生物的功能非常強大,它是人體體內的生產加工廠,微生物可以調節我們的營養、代謝、免疫系統,還可以對神經系統有一定的影響。

  對於微生物的應用有一個比較有趣的例子——減肥。現在減肥似乎成為這個時代很多人關註的主題,但是盲目減肥所導致的後果往往是越減越肥。某種程度上,造成這種結果的原因在於減肥者沒有抓住重點,人體胖瘦最重要的奧妙就存在於體內的微生物。

  現在分子生物學證明,遺傳對肥胖影響是不大的,影響大的是體內的微生物。身體肥胖的人,很大一部分不是說在吃的有多多、多好,而是體內微生物工作能力比較強,轉化力度比較高。

  關於這個問題,奈特有一個經典實驗。他把瘦老鼠的糞便加工之後作為胖老鼠的食物,胖老鼠吃了瘦老鼠的糞便就減肥成功了,這就是因為瘦老鼠的糞便改變了胖老鼠體內微生物的狀況。目前,這個經典例子也已經成功應用在人類身上。

  生命探究的新維度:“入地”和“上天”

  除了對地球表面的探索,隨著生產力發展和科技進步,人們還進行了兩項最為重大的探索,叫做“上天”、“入地”。1840年之前,人們認為海底是不可探知的,在一定深度下的海底是沒有生命的。可到了後來,這種觀點卻越來越受到挑戰。1876年,英國“挑戰者”號在水下4752米處發現了生命。

  陸地生命離不開可見光,海洋生命也要靠一些光合作用,但可見光最深只能照到距離海洋表面900米深的地方,900米以下可以視為一片漆黑。所以,在黑暗的海水中生存的初級生物,比如一些浮遊植物和藻類,必須要有另一套除光合作用之外的體系。

  事實上,1976年,人們發現2000多米的海底存在熱液和冷泉,而且在熱液和冷泉的地方發現了一些生物,如蠕蟲、貝類、蟹類等等。但是,在如此之深的海底,生命是如何進行營養和能量的加工的呢?

  答案就在於在海底生存的一種古細菌,它們不靠光合作用生存,而以硫化氫作為食物,從而產生有機質。這些古生菌生活在管蟲屬生物裏邊。管蟲也比較特殊,它沒有口、消化道和肛門,這些古細菌就生存在管蟲屬裏邊,捕捉硫化氫為管蟲提供能量。而管蟲為它提供載體。這項發現也為證實物種共生提供了絕佳的範例。而管蟲中的貝類的發現有很大的意義,這意味著即便沒有光合作用,地球最原始的物種也可以存活。

  如果說“入地”讓我們發現了一個隱秘的新世界,那麽“上天”的探索未免就有些令人失望了。美國的“好奇號”探測器在最近的一次探索中,試圖在火星周圍的大氣當中捕捉甲烷,因為甲烷也是形成早期有機物的一個重要的物質,但探索的結果是捕捉失敗。

  這也就是說,當下的人類還沒有能夠在地球之外的地方找到生命存在的證據,所以我們只有更好地愛惜自己的家園,才能夠子子孫孫一代代繁衍下去。

【編輯:关博维

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