【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】 ———————————————— （原载《南方周末》2002年1月17日） 谁控制着生态平衡？ ·方舟子· 一般人只知道达尔文的《物种起源》奠定了进化论的基础，不知道这部著作 还蕴含着许多重要的现代生物学思想。例如，虽然还要过许多年“生态学”一词 才由德国生物学家海格尔发明，但是在《物种起源》第三章，为了说明“在自然 等级相距甚远的植物和动物是如何被一张复杂的关系网联结在一起的”，达尔文 已举了一个有趣的生态平衡的例子，被认为是科学史上对生态系统的首次描述： 三色堇和红三叶草必须依靠土蜂来受精，如果土蜂都绝灭了或变得极稀少，三色 堇和红三叶草也会变得极稀少或全部灭亡。任何地区的土蜂数量很大程度上是由 田鼠的多少来决定的，因为田鼠会毁灭蜂窝。而众所周知，老鼠的数量又大部分 决定于猫的数量。因此，一个地区的猫的数量，竟可以决定某一类花的数量！ 生态系统正是由这样一张张“复杂的关系网”组成的。但是，不管生态系统 多么复杂，我们都可根据食物链将其成员分成三类：生产者（例如植物）、消费 者（例如草食动物）和捕食者（例如肉食动物）（此外还有一类分解者如细菌、 腐食动物，在此不做考虑）。如果各个成员的数量基本维持不变，我们就可以说 达到了生态平衡。这三类成员的数量多少又是互相牵制的。植物的数量取决于阳 光、土壤、空气状况，但是也受到草食动物数量的影响；草食动物的数量同时受 到它吃的植物数量和吃它的肉食动物的数量的牵制；肉食动物的数量又受到它吃 的草食动物的数量的牵制。那么在这些相互关系中，哪一个是最主要的、起控制 作用的？ 这似乎是个简单的问题，然而至今却还没有取得一致意见，在学术界，有两 种观点：一种是“从下到上”模型，认为植物会使用“化学武器”对抗消费者， 通过改变化学成分使植物变得难以消化或不可食用，而过度的消费也会降低了植 被的质量，从而限制消费者的数目，进而限制捕食者的数目。另一种是“从上到 下”模型，认为捕食者控制着消费者的数目，从而限制了消费者对植物的过度消 费。 哪一种观点正确呢？要设计一个实验来验证并非难事。如果我们把一个生态 系统中有关的捕食者全部消灭，“从下到上”模型预言消费者的数量不会改变， 因为它们的数量是由生产者控制的；“从上到下”模型则预言消费者的数量会膨 胀，进而又会改变了生产者的种类和数量。然而这个实验设计虽然简单，却无法 执行。我们不可能在实验室建立一个包括肉食动物的大型生态系统，法律和道德 也不允许我们在野外有意消灭肉食动物研究其后果。因此，这两个模型谁是谁非， 难以验证。 幸运的是，大自然已为我们做了实验。1986年，委内瑞拉在加罗尼（Caroni） 河谷建了一个大坝，造出了一个面积达4300平方公里的世界第七大人造湖——古 里（Guri）湖。数百座山峰变成了湖中的岛屿，面积有大有小，最小的不到0.1公 顷，最大的大于150公顷。1993和1994年，一个由美国、秘鲁、英国、印度、委内 瑞拉、西班牙和加拿大生物学家组成的联合小组开始对其中十二个彼此隔绝、面 积不一的岛屿的植物群和动物群进行调查，结果于最近发表于《科学》（Science, 294, 1923-1926）。 调查结果表明，面积不同的岛屿的动、植物群发生了不同的变化。与附近的 大陆相比，在大岛（大于150公顷）上，原有的物种基本上都保留着。在小岛（小 于1公顷）和中岛（4－12公顷）上，75％以上的脊椎动物物种灭绝了。小岛上生 存下来的动物剩下了三类：食虫动物（蜘蛛、蜥蜴、蛙、鸟），吃种子动物（鼠 类）和草食动物（吼猴、鬣蜥、切叶蚁）。中岛的动物还多了犰狳、刺鼠，有的 还有戴帽猴。在中岛和小岛上，脊椎动物的捕食者（美洲豹、美洲狮、鹰、蛇） 基本或完全消失了，形成了一个捕食者被灭绝的生态系统。结果就像“从上到下” 模型所预测的，消费者数量激增。中、小岛上的鼠类密度比大陆和大岛增加了35 倍，鬣蜥增加了10倍，吼猴增加了30倍，而切叶蚁巢的密度大约是大陆的两个数 量级。在小岛上，密集的草食动物彻底地破坏了植被，植物的密度不到大岛的一 半，而且大部分植物物种都属于难以喂食的藤本、灌木。按这种趋势，要不了多 久，动植物的多样性就会从岛上消失，最终演变成物种单调的贫瘠的生态系统， 这已有了先例：1913年在建巴拿马运河时，也形成了一个人造湖盖顿（Gatun）湖， 到现在，湖中已有八十多年历史的那些小岛就只剩下了贫瘠的生态系统。 由于肉食动物也能对人构成生命威胁，人们对它们有天生的厌恶和恐惧。在 人们入侵一个生态系统时，肉食动物往往成为首当其冲的牺牲品。多种肉食动物 已被灭绝或成了濒危物种。在我们知道了肉食动物对生态平衡的重要调节作用之 后，或许能使我们对它们更加宽容，从而更好地保护生态环境。 类似的大自然实验在中国也曾经有过，将来也会发生。例如千岛湖就是因建 新安江水库而形成，而三峡大坝的建成，也将会形成许多新岛。我不知道中国的 生物学家是否曾经做过类似的生态研究。像这种无需先进设备、又能解决重大科 学问题的研究，不应错过。 2001.12.17. ———————————————— 【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】