“生物圈二號(hào)”失敗的啟示

楊小麥

生物圈是指地球上所有生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)合整體，它包括大氣圈、水圈、巖石圈與生態(tài)圈。生物圈是一個(gè)封閉且能自我調(diào)控的系統(tǒng)，地球目前是整個(gè)宇宙中唯一已知的有生物生存的地方。未來(lái)，人類移民外星球，就必須適應(yīng)新的生物圈。

1982年，一些科學(xué)家開(kāi)始提出在地球上建立一個(gè)封閉的小型生物圈的計(jì)劃，這個(gè)小型生物圈可以作為火星殖民的實(shí)驗(yàn)基地、核大戰(zhàn)后的庇護(hù)所，也可以用作居住型實(shí)驗(yàn)室，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)研究。人們把這個(gè)迷你型生物圈稱為“生物圈二號(hào)”，其名字源于它的原始模型“生物圈一號(hào)”，即地球。

被寄予厚望的人造生態(tài)系統(tǒng)

“生物圈二號(hào)”位于美國(guó)亞利桑那州沃洛克鎮(zhèn)，這里光照強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境相對(duì)荒涼，有些類似于太空的環(huán)境。它建造于1987年到1991年之間，占地面積約1.3萬(wàn)平方米，建筑最高點(diǎn)可達(dá)到27.7米，主體建筑包含5個(gè)生態(tài)系統(tǒng)：沿海沙漠、熱帶雨林、稀樹(shù)草原、紅樹(shù)林濕地和珊瑚礁海洋；還有兩座圓頂輔助建筑，那便是生物圈的“肺部”，其屋頂通過(guò)上升和下降，來(lái)調(diào)節(jié)由于晝夜溫度交替造成的內(nèi)外氣壓差。此外，還有一個(gè)地下技術(shù)圈，主要是用于運(yùn)行和維護(hù)生物圈環(huán)境。有20多個(gè)空氣處理器單元，用于調(diào)控生物圈中空氣的溫度和濕度。

生物圈二號(hào)的工程建造經(jīng)費(fèi)約2億美元，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用每年約600萬(wàn)美元。她運(yùn)轉(zhuǎn)的原理是模擬目前生態(tài)學(xué)家發(fā)現(xiàn)的地球生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的原理，被用于測(cè)試人類是否能在以及如何在一個(gè)封閉的生物圈中生活和工作，也探索了在未來(lái)的太空殖民中封閉生態(tài)系統(tǒng)可能的用途。當(dāng)時(shí)一篇文章稱它為“繼肯尼迪總統(tǒng)啟動(dòng)登月計(jì)劃后美國(guó)最激動(dòng)人心的科學(xué)工程”，參與生物圈二號(hào)計(jì)劃的人，和宇航員一樣被視作英雄。

生物圈二號(hào)建設(shè)之時(shí)，招募進(jìn)入其中的志愿者的工作也在同步進(jìn)行，報(bào)名者趨之若鶩，但對(duì)體能、心理等素質(zhì)的“苛刻”要求使眾多來(lái)試者望而卻步。志愿者要在一個(gè)模擬的小圈內(nèi)單獨(dú)測(cè)試忍耐力。該小圈是個(gè)僅能放下一張小床外帶小得可憐活動(dòng)空間（其中植物占了大半）的玻璃小屋，有的實(shí)驗(yàn)者僅呆了四五個(gè)小時(shí)就嚷著要出去，而有的住了幾天，最久的連續(xù)住了三個(gè)月。

經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選，由四男四女組成的科學(xué)家隊(duì)伍形成了，內(nèi)有海洋學(xué)家、植物學(xué)家、氣象學(xué)家、機(jī)械工程專家及醫(yī)學(xué)專家等。生物圈二號(hào)建成之后，1991年9月，8名人員進(jìn)入其中，開(kāi)始為期兩年、與世隔絕的生活。全世界都熱切關(guān)注著、期待著他們創(chuàng)造出輝煌的成果。

難以解決的問(wèn)題

然而，盡管這些居民事先花去幾年時(shí)間接受了相關(guān)培訓(xùn)，擁有每年耗資百萬(wàn)美元的技術(shù)支持，各種各樣的問(wèn)題仍然接踵而至。比如技術(shù)問(wèn)題、人與社會(huì)問(wèn)題、生物問(wèn)題、管理問(wèn)題等，這些問(wèn)題最終也導(dǎo)致了此次任務(wù)的失敗。

1、技術(shù)問(wèn)題

志愿者進(jìn)入生物圈二號(hào)不久，圈內(nèi)含氧量開(kāi)始下降，并最終低于14.5%，而正常水平為21%。含氧量低會(huì)導(dǎo)致疲勞，并威脅到圈內(nèi)居民的健康，這相當(dāng)于高原反應(yīng)。而一氧化二氮和二氧化碳的含量卻在增加。所以這個(gè)設(shè)備很快就難以運(yùn)作。為了解決這些問(wèn)題，科學(xué)家們決定向設(shè)備注入氧氣，并且每天打開(kāi)“肺部”以允許來(lái)自外部環(huán)境的空氣流入。缺氧的主要原因似乎是因?yàn)檠鯕獗簧锶Χ?hào)的一些混凝土結(jié)構(gòu)吸收了，隨后科學(xué)家們又通過(guò)密封混凝土來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。然而，氧氣降低或者二氧化碳增加還有一個(gè)可能的原因是生物圈內(nèi)土壤中的微生物過(guò)多，它們會(huì)將氧氣轉(zhuǎn)化為二氧化碳。

此外，還有一個(gè)問(wèn)題沒(méi)有被預(yù)見(jiàn)到——厄爾尼諾現(xiàn)象。1991-1992年期間，厄爾尼諾現(xiàn)象使生物圈二號(hào)所處之地異常多云。云層覆蓋可能限制了植物內(nèi)部的光合作用，從而致使圈內(nèi)二氧化碳含量大大高于正常水平。

除此之外，還存在空氣泄露。有人指出，這種泄露是不可避免的。但是這引起一些人的質(zhì)疑，密閉的環(huán)境是整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的基礎(chǔ)。如果存在空氣泄露或者利用外界的地球環(huán)境來(lái)交換空氣，那這個(gè)實(shí)驗(yàn)還有效嗎？還有意義嗎？

2、人與社會(huì)問(wèn)題

進(jìn)入生物圈二號(hào)不久，8位居民很快發(fā)現(xiàn)他們無(wú)法生產(chǎn)足夠的食物來(lái)養(yǎng)活自己。他們帶來(lái)了各種用來(lái)種植的種子，比如花生、玉米、蔬菜等。然而他們卻遇到了各種各樣的問(wèn)題，比如蟲(chóng)害、植物病害，畢竟他們不是專業(yè)的種植人員。隨著食物危機(jī)的加深，他們不得不吃掉一些帶來(lái)的種子。雞、豬等家禽也因?yàn)槊媾R與居民競(jìng)爭(zhēng)食物而被吃掉。如此一來(lái)，便形成惡性循環(huán)，自給自足的幻想破滅。在最初的6個(gè)月，他們一直處于饑餓狀態(tài)，平均體重下降16%。

人際關(guān)系問(wèn)題也是不可避免的。根據(jù)參與者之一簡(jiǎn)·波因特后來(lái)發(fā)表的文章稱，8個(gè)人在居住6個(gè)月后便分成兩派。雖然兩個(gè)小組一起工作，但是卻無(wú)法相處。這也導(dǎo)致他們難以齊心協(xié)力來(lái)解決所面臨的問(wèn)題。

3、生物問(wèn)題

生物圈二號(hào)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)是由生物圈一號(hào)（地球生物圈）過(guò)分簡(jiǎn)化而來(lái)的。雖然設(shè)計(jì)者們把地球上各種類型的生態(tài)系統(tǒng)“搬進(jìn)”了“生物圈”，然而所搬進(jìn)的主要是生態(tài)系統(tǒng)的第一性生產(chǎn)者植被，并未把相應(yīng)的動(dòng)物、真菌、微生物等群落也按比例搬來(lái)。如熱帶雨林中沒(méi)有大型動(dòng)物，倒是引進(jìn)土壤時(shí)帶來(lái)了螞蟻及蟑螂的卵，這些生物在此大量繁殖。還有，幾個(gè)主要類型的生態(tài)系統(tǒng)尤其是熱帶雨林植物在很高的二氧化碳濃度下生長(zhǎng)的非常繁茂， 表現(xiàn)出異常高的光合能力。由于缺乏相應(yīng)的消費(fèi)者和分解者而迅速積累，大量的枯落物面臨清理問(wèn)題。過(guò)度生長(zhǎng)的熱帶雨林喬木觸及了頂部玻璃，大有穿破玻璃之虞。引進(jìn)藤本植物（如牽牛等）的目的是為了用做固定二氧化碳的匯，卻不料這些植物在高二氧化碳濃度環(huán)境下瘋長(zhǎng)，危及其它植物與農(nóng)田。所有花粉傳播動(dòng)物消失，使一些有賴于此的有花植物不能正常授粉。同時(shí)引入的25種脊椎動(dòng)物中有19種消失。

4、管理問(wèn)題

也許生物圈二號(hào)最嚴(yán)重的問(wèn)題之一是缺乏高水平的科學(xué)管理。在這次任務(wù)即將結(jié)束時(shí)，一個(gè)專家團(tuán)隊(duì)專門做了一個(gè)分析報(bào)告。該報(bào)告指出該項(xiàng)目的幾點(diǎn)不足之處，比如缺乏一個(gè)完善的書(shū)面的科學(xué)計(jì)劃、缺少科學(xué)信息交流和互動(dòng)等。該報(bào)告建議任命一名科學(xué)研究主任監(jiān)督項(xiàng)目的進(jìn)展，并確保管理人員公開(kāi)討論他們的任務(wù)進(jìn)展情況。

生物圈二號(hào)的成敗得失

1993年9月，這8名居民終于從生物圈二號(hào)中走出來(lái)了，這也許對(duì)他們來(lái)說(shuō)是一種解脫，畢竟“與世隔絕”的生活可能沒(méi)那么美好。

1994年3月，經(jīng)過(guò)短期修整之后，生物圈二號(hào)又迎來(lái)了第二批居民，共7人。但是在第二次任務(wù)期間，由于生物圈內(nèi)一氧化二氮（N?O，俗稱笑氣，有麻醉作用）積累過(guò)多以及項(xiàng)目管理問(wèn)題，任務(wù)不到一年便匆忙結(jié)束了。實(shí)驗(yàn)再度以失敗告終。從此，再也沒(méi)有人在“迷你地球”上過(guò)日子了。

1994年6月，生物圈二號(hào)的管理公司解散，其管理工作先后被移交給哥倫比亞大學(xué)和亞利桑那大學(xué)，用于科學(xué)項(xiàng)目研究。

從最初的媒體寵兒到后來(lái)被批“偽科學(xué)”，生物圈二號(hào)仿佛經(jīng)歷了天堂到地獄的兩重天?？茖W(xué)輿論界對(duì)生物圈二號(hào)的批評(píng)主要有：作為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，它和外界真正的生態(tài)系統(tǒng)不能同日而語(yǔ)，如土壤是非自然的；野生動(dòng)植物數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)減少，尤其只剩下螞蟻和蟑螂等幾種動(dòng)物。此外，這個(gè)迷你生物圈的封閉也是不完全的，電力、信息、藥品等要從外界輸入，作為一個(gè)超大溫室又太暗了，維持費(fèi)用太高。

而支持者則說(shuō)，它是成功的，是我們太空探索的一項(xiàng)偉大實(shí)驗(yàn)。在嚴(yán)格的科學(xué)評(píng)估中，生物圈二號(hào)也許是失敗的，但它給了我們很多啟示。比如，生物圈二號(hào)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部幾大重要生命元素如碳、氮、氧循環(huán)的不平衡，為以后的太空城探險(xiǎn)提供非常難得的資料；它證實(shí)了人類能夠通過(guò)高科技的手段在任意惡劣的環(huán)境下創(chuàng)造出適于生命生存的空間；它也揭示了生物種群之間的競(jìng)爭(zhēng)、互利、協(xié)調(diào)發(fā)展等關(guān)系是人工所難以改變的。

生物圈二號(hào)可作為地球的一個(gè)縮影來(lái)思考。地球面臨的環(huán)境污染、全球氣候變化、生物多樣性喪失等問(wèn)題，其后果可在生物圈二號(hào)的實(shí)驗(yàn)中看到或體驗(yàn)到。像生物圈二號(hào)這樣類似地球工作原理的人工生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生物面臨的問(wèn)題，同樣可能會(huì)是我們地球人類所要面對(duì)的。

今天，生物圈二號(hào)已經(jīng)是一個(gè)旅游景點(diǎn)，供游人參觀。如果你有機(jī)會(huì)去美國(guó)的話，說(shuō)不定還能親眼看看這個(gè)全球最大的生態(tài)實(shí)驗(yàn)室。