誰控制著生態(tài)平衡？

■方舟子

誰控制著生態(tài)平衡？

■方舟子

一般人只知道達(dá)爾文的《物種起源》奠定了進(jìn)化論的基礎(chǔ)，不知道這部著作還蘊(yùn)含著許多重要的現(xiàn)代生物學(xué)思想。例如，雖然還要過許多年“生態(tài)學(xué)”一詞才由德國生物學(xué)家海格爾發(fā)明，但是在《物種起源》的第三章，為了說明“自然等級相去甚遠(yuǎn)的植物和動物是如何被一張復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)聯(lián)結(jié)在一起的”時，達(dá)爾文已舉了一個有趣的生態(tài)平衡的例子，被認(rèn)為是科學(xué)史上對生態(tài)系統(tǒng)的首次描述：三色堇和紅三葉草必須依靠土蜂來受精，如果土蜂滅絕了或變得極稀少，三色堇和紅三葉草也會變得極稀少或全部滅亡。任何地區(qū)的土蜂數(shù)量很大程度上是由田鼠的多少來決定的，因?yàn)樘锸髸绶涓C。而眾所周知，老鼠的數(shù)量又大部分決定于貓的數(shù)量。因此，一個地區(qū)的貓的數(shù)量，竟可做考慮。）如果各個成員的數(shù)量基本維持不變，我們就可以說達(dá)到了生態(tài)平衡。這三類成員的數(shù)量多少又是互相牽制的：植物的數(shù)量取決于陽光、土壤、空氣狀況，但是也受到草食動物數(shù)量的影響；草食動物的數(shù)量同時受到它吃的植物數(shù)量和吃它的肉食動物數(shù)量的牽制；肉食動物的數(shù)量又受到它吃的草食動物數(shù)量的牽制。那么，在這些相互關(guān)系中，究竟哪一個是最主要的、起控制作用的？

這似乎是個簡單的問題，然而至今卻還沒有取得一致意見，在學(xué)術(shù)界有兩種觀點(diǎn)：一種是“從下到上”模型，認(rèn)為植物會使用“化學(xué)武器”對抗消費(fèi)者，通過改變化學(xué)成分使植物變得難以消化或不可食用，而過度的消費(fèi)也會降低植被的質(zhì)量，從而限制消費(fèi)者的數(shù)目，進(jìn)而限制捕食者的數(shù)目；另一種是“從上到下”模型，認(rèn)為捕食者控制著消費(fèi)者的數(shù)目，從而限制了消費(fèi)者對植物的過度消費(fèi)。

哪一種觀點(diǎn)正確呢？要設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證并非難事。如果我們把一個生態(tài)系統(tǒng)中有關(guān)的捕食者全部消滅，“從下到上”模型預(yù)言消費(fèi)者的數(shù)量不會改變，因?yàn)樗鼈兊臄?shù)量是由生產(chǎn)者控制的；“從上到下”模型則預(yù)言消費(fèi)者的數(shù)量會膨脹，進(jìn)而又會改變生產(chǎn)者的種類和數(shù)量。然而這個實(shí)驗(yàn)設(shè)計雖然簡單，卻無法執(zhí)行，我們不可能在實(shí)驗(yàn)室建立一個包括肉食動物的大型生態(tài)系統(tǒng)，法律和道德也不允許我們在野外有意消滅肉食動物來研究其后果。因此，這兩個模型孰是孰非，難以驗(yàn)證。

幸運(yùn)的是，大自然已為我們做了實(shí)驗(yàn)。1986年，委內(nèi)瑞拉在加羅尼河谷建了一個大壩，造出了一個面積達(dá)4300平方千米的世界第七大人造湖——古里湖。數(shù)百座山峰變成了湖中的島嶼，面積有大有小，最小的不到0.1公頃，最大的大于150公頃。1993年和1994年，一個由美國、秘魯、英國、印度、委內(nèi)瑞拉、西班牙和加拿大生物學(xué)家組成的聯(lián)合小組開始對其中12個彼此隔絕、面積不一的島嶼的植物群和動物群進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明，面積不同的島嶼的動、植物群發(fā)生了不同的變化。與附近的大陸相比，在大島（大于150公頃）上，原有的物種基本上都保留著；在小島（小于1公頃）和中島（4公頃～12公頃）上，75%以上的脊椎動物滅絕了。小島上的動物剩下了三類：食蟲動物（蜘蛛、蜥蜴、蛙、鳥）、吃種子動物（鼠類）和草食動物（吼猴、鬣蜥、切葉蟻）。以決定某一類花的數(shù)量！

生態(tài)系統(tǒng)正是由這樣一張張“復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)”組成的。但是，不管生態(tài)系統(tǒng)多么復(fù)雜，我們都可以根據(jù)食物鏈將其成員分成三類：生產(chǎn)者（例如植物）、消費(fèi)者（例如草食動物）和捕食者（例如肉食動物）。（此外，還有一類分解者，如細(xì)菌、腐食動物，在此不中島上剩下的動物還多了犰狳、刺鼠，有的還有戴帽猴。在中島和小島上，脊椎動物的捕食者（美洲豹、美洲獅、鷹、蛇）基本或完全消失了，形成了一個捕食者被滅絕的生態(tài)系統(tǒng)。結(jié)果就像“從上到下”模型所預(yù)測的，消費(fèi)者數(shù)量激增，中、小島上的鼠類密度比大陸和大島增加了35倍，鬣蜥增加了10倍，吼猴增加了30倍，而切葉蟻巢的密度大約是大陸的兩個數(shù)量級。在小島上，密集的草食動物徹底地破壞了植被，植物的密度不到大島的一半，而且大部分植物物種都屬于難以食用的藤本、灌木。按這種趨勢，要不了多久，動植物的多樣性就會從島上消失，最終演變成物種單調(diào)的貧瘠的生態(tài)系統(tǒng)。這已有了先例：1913年在建巴拿馬運(yùn)河時也形成了一個人造湖——蓋頓湖，到現(xiàn)在，湖中已有80余年歷史的那些小島就只剩下了貧瘠的生態(tài)系統(tǒng)。

由于肉食動物也能對人構(gòu)成生命威脅，人們對它們有天生的厭惡和恐懼。在人們?nèi)肭忠粋€生態(tài)系統(tǒng)時，肉食動物往往首當(dāng)其沖，成為最早的犧牲品，多種肉食動物已被滅絕或成了瀕危物種。在我們知道了肉食動物對生態(tài)平衡的重要調(diào)節(jié)作用之后，或許能使我們對它們更加寬容，從而更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

類似的大自然實(shí)驗(yàn)在中國也曾經(jīng)有過，將來肯定也會發(fā)生。例如千島湖就是因修建新安江水庫而形成，而三峽大壩的建成，也將會形成許多新島。我不知道中國的生物學(xué)家是否曾經(jīng)做過類似的生態(tài)研究，像這種無須先進(jìn)設(shè)備、又能解決重大科學(xué)問題的研究，不應(yīng)錯過。

（盛文娟插圖）