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海洋更大 為何造出的生物不如陸地上更多更精彩?

放大字體  縮小字體 發布日期:2017-08-18  瀏覽次數:5
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出品|網易科學人欄目組

譯者|小小

地球表面的大部分都被海洋覆蓋,生命也誕生于海洋中。然而,海洋生命僅占世界上所有生命物種的15%,它們的體型更大,這到底是為什么?


在5億年前的地球上,寒武紀生命大爆發后誕生了無數驚人的新物種,然而陸地上仍然沒有生命。沒有復雜的生命形態,沒有植物,沒有動物,當然生命多樣性更無法與海洋相提并論。當時的海洋中有三葉蟲、甲殼動物、種類繁多的蠕蟲以及類似魷魚的生物。今天大多數主要的生物族群都起源于這個時期的海洋。

時間快速推進到現代,如今陸地上出現無數讓人眼花繚亂的物種,特別是開花的植物、真菌和昆蟲。據估計,目前陸地物種的數量是海洋物種的5倍。那么,盡管海洋是生命誕生之地,同時其所占面積遠超陸地,為何海洋生物多樣性遠遠落后于陸地呢?

為什么生活在陸地上的物種多樣性會遠超海洋?這是個長期困擾生物學家的問題。牛津大學的生態學家羅伯特·梅(Robert May)與同事里克·格羅斯伯格(Rick Grosberg)在1994年題為“生物多樣性:陸地和海洋的差異(與討論)”中,首次提及這個問題。自那以來,這個問題已經持續了20多年,即使人類對海洋的探索越來越多,但依然沒有確切答案。

科學家現在估計,地球有80%的物種生活在陸地上,而海洋中僅為15%,剩下的5%生活在淡水中。他們不認為這種差異完全是陸地被更好地開發的結果。研究陸地與海洋生物差異性的海洋生態學家和生物學家吉拉特·維莫基(Geerat Vermeij)表示:“有越來越多的在海洋物種,但要彌補這種差異可能需要付出巨大代價!

這樣看來,海洋多樣性的缺乏不僅僅是我們對陸地生物的偏愛。維莫基等人作為海洋研究人員,非常敏銳地意識到這種偏見。那么,陸地對于支持生物多樣性的能力于海洋有何本質不同呢?梅和其他人提出的一個理由是,陸地棲息地的物理布局可能更加支離破碎,更加多樣化。

舉例來說,查爾斯·達爾文(Charles Darwin)在加拉帕戈斯群島的記錄顯示,這個群島是多樣化的溫床。隨著時間的推移,自然選擇甚至可以把兩個島嶼上相同物種的不同族群變成截然不同的物種。與之相反,海洋是一個巨大的相互連接的水體,迫使相同族群分開的物理障礙更少。此外,它也不像陸地上有沒有那么多的溫度極限,導致生物多樣化。引用梅的術語來說,陸地可以“建造出精品”。例如,森林覆蓋了地球上很大的陸地,而樹木的葉子和樹干形成了新的生態環境。當然,海洋中的珊瑚也起到同樣的作用,但它們并沒有覆蓋海底那么多。

植物肯定發揮著主要作用。地球從海洋生命占主導到陸地生命占主導的轉折點大約出現在1.25億年前的白堊紀時期,當時早期的開花植物在陸地上進化得非常成功。植物需要陽光來進行光合作用,但在淺海岸地區以外的海洋中很少有陽光。出于這個原因,與寒冷、黑暗的海洋深處相比,陸地上的生產力顯然更高。

最近在奧克蘭大學發表海洋生物多樣性概覽的海洋生物學家馬克·科斯特洛(Mark Costello)表示:“深;旧暇拖駛大冰箱,而且門已經關上很長時間!碑斎,深海中的確存在有生命,但遠不及陽光燦爛的海岸和陸地上多。

科斯特洛指出,有趣的是,開花植物多樣化后,陸地生產力的提高似乎也促進了海洋多樣性的增加。以花粉為例,它是深海海底重要的食物來源。最近的一項研究發現,來自新西蘭松樹種植園的花粉,最終甚至可以到達距離太平洋表面以下上萬米的海溝中。

開花植物的多樣化也與昆蟲的共同進化有關。舉例來說,植物進化出類似長管的植物特征,只有為它們授粉的長舌蜜蜂能夠接觸到?扑固芈逭f:“這是植物和昆蟲之間的一場大競賽!边@種共同進化幫助創造了驚人數量的物種:地球上絕大多數植物都是開花植物,地球上絕大多數動物都是昆蟲。據估計,昆蟲占了地球上所有物種總數的80%。

然而,在陸地上如此成功的昆蟲在海洋中種類和數量卻都十分有限。維莫基及其同事在水和空氣為介質的環境下,追蹤小動物缺乏多樣性的差異。他們發現,像昆蟲這樣的小動物,在水中移動比在空氣中更困難,因為其密度更大。交配氣味和視覺信息也不能通過水傳播,這限制了推動多樣化的性選擇潛力。性選擇驅動了看似不可能但卻有益的性征,孔雀的尾巴就是最典型的例子。

借鑒理查德·斯特拉斯曼恩(Richard Strathmann)的工作,維莫基和同事還試圖解釋,為什么像開花植物和昆蟲之間的關系不存在于海洋中。海水中充滿了浮游動物等潛在的食物來源,而在假想中的海洋花之間移動時,海洋生物會遇到大量的漂浮在里面的食物。那它們為什么還要游到另一朵花附近?另一方面,昆蟲在花朵之間飛行需要攜帶蜂蜜,而且它們會在空中飛行,而空氣中沒有漂浮的食物。這就是進化的結果:假想的;ū仨毺峁└嗟幕蹃砦齻鞣壅,因為它們可以處于懶洋洋的狀態,靠地吃漂浮的食物為生。而要在奔波中尋找食物,對于海洋生物來說是不值得的。

就像任何涉及地球上所有生命史的問題一樣,運行實驗來證明任何這些可能的解釋都是不太可能的。相反,這些都是理論性的猜測。當梅和他的同事在1994年提問:為什么陸地上的生物多樣性遠超過海洋時,他們提出了許多可能的答案。不過,他們也承認,這會產生更多的疑問,而非答案。

 
 
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