生物多样性

1试论生物多样性摘要：本文主要介绍了生物多样性的基本概念及其价值,着重阐述了生物多样性的历史进化规律，生物多样性丧失及其原因，并提出了一些保护生物多样性的措施。关键词：生物多样性进化丧失保护措施Abstract:Thispapermainlyintroducesthebasicconceptsofbiodiversityanditsvalue,andemphaticallyexpoundsthehistoricalevolutionlawofbiodiversity,lossofbiodiversityanditsreasons,andputforwardsomemeasuresofbiodiversityconservation.Keywords:biodiversity;evolution;loss;conservationmeasures前言随着世界人口无节制地增长、工业化进程不断地加速、人类消费水平无约束地提高,带来了森林大量砍伐、生物多样性急剧减少、大气CO2浓度不断提高、不少发展中国家粮食短缺等等各种各样的恶果[1]。在过去的几百年里,主要由于受到人类活动的影响,地球上的生物多样性却出现了急剧下降的趋势。根据过去100年里所记录的已知物种的灭绝情况得出的确切信息表明,物种的灭绝速度比化石记录的物种灭绝速度高出约100倍[2]。此外,根据千年生态系统评估的情景模拟结果,预计未来生物多样性仍会保持当前的丧失速度甚至加速[3]。历史上最高的物种灭绝速率发生在岛屿上。在最近的350年中,大多数已知灭绝的鸟类、兽类和爬行类发生在岛屿上,并且海洋性岛屿上的特有植物中80%以上灭绝了,或处于灭绝的危险之中。一个物种在某地自然发生即为“特有的”。岛屿物种特别容易灭绝是因为它们中很多是一个或少数几个岛屿的特有种,而且是仅有的一个或少数几个地方种群。岛屿上记录到的灭绝速率较高可能是因为对岛屿的研究较为详尽[4]。因此,全球变化、生物多样性保护以及可持续发展已成为国际关注的3个热点。这3个问题的研究又相互联系、相互交叉。此外,这3个问题也为各种不同2的国际组织共同关心,列为这些组织的研究前沿或共同支持的项目或课题。而生物多样性是地球生命经过几十亿年发展进化的结果，生物多样性是人类赖以生存和发展的物质基础，它不仅给人类提供了丰富的食物、药物资源，而且在保持土、调节气候、维持自然平衡等方面起着不可替代的作用，是人类社会可持续发展的生存支持系统[5]。目前,生物多样性研究已成为生物学、生态学等学科领域中最为热门的课题之一,也是近年来科学文献中出现频率最高的关键词之一,很明显生物多样性已成为科学研究的一个重要领域[6]。1生物多样性1.1概念“生物多样性”(biologicaldiversity或biodiversity)一词80年代首先出现于自然保护刊物上[7]，并赋予定义为“生物及其所在生态复合体的种类丰富度和相互间差异性”。1992年，联合国《生物多样性公约》对生物多样性解释为:地球上所有来源的生物体，包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体;这包括物种内、物种之间和生态系统的多样性1995年，联合国环境规划署(UNEP)发表的关于全球生物多样性的巨著《全球生物多样性评估》给出一个较简单的定义:生物多样性是所有生物种类、种内遗传变异和它们与生存环境构成的生态系统的总称。但目前，国内外学者对对生物多样性也没有一个统一的概念。有的定义为:“生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体，以及与此相关的各种生态过程的总和”[8]；也有的人认为生物多样性又具有生物学、生态学和生物地理学三个方面的含义,定义其为“生物多样性是指各种生命形式的资源，它包括数百万种植物、动物、微生物，各个物种所拥有的基因和各种生物与环境相互作用的生态系统以及它们的生态过程”[9]；或“生物多样性是包括所有层次有机体变异性的术语，从属于同一种的遗传变异到物种多样性和生态系统的变异”[10]；或“生物多样性是指自然界生命体的多样性，这种概念通常指不同物种，也包括生态系统和特定物种内的基因多样性”[11]等等。在我国,《中华人民共和国生物多样性保护行动计划》中生物多样性被定义为:地球上所有的生物(植物、动物和微生物)及其所构成的综合体。31.2涵义1.2.1遗传多样性是指种内基因的变化，包括种内显著不同的种群间和同一种群内的遗传变异[12]。种内的多样性是物种以上各水平的多样性的最重要的来源。遗传变异、生活史特点、种群动态及其遗传结构等决定或影响着一个物种与其它物种及其环境相互作用的方式。而且，种内的多样性是一个物种对人为干扰进行成功的反应的决定因素。种内的遗传变异程度也决定其进化的潜势[13]。1.2.2物种多样性此处的物种多样性是指物种水平的生物多样性，与生态多样性研究中的物种多样性不同。前者是指一个地区内物种的多样化[12]，主要是从分类学、系统学和生物地理学角度对一定区域内物种的状况进行研究；而后者则是从生态学角度对群落的组织水平进行研究。物种多样性的现状(包括受威胁现状)，物种多样性的形成、演化及维持机制等是物种多样性的主要研究内容。1.2.3生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境差异、生态过程变化的惊人的多样性[14]。此处的生境主要是指无机环境，如地貌、气候、土壤、水文等。生境的多样性是生物群落多样性甚至是整个生物多样性形成的基本条件。生物群落的多祥性主要指群落的组成、结构和动态(包括演替和波动)方面的多样化。1.3价值1.3.1食物资源:人类食用的75%粮食来自小麦、水稻、玉米、马铃薯、大麦、甘薯等7种作物,尤以小麦、水稻和玉米为主要的粮食,占总量的70%以上。这些作物经过驯化产生,是自然界的生物群落提供的可供杂交选择的遗传物质。作物品种遗传上的一致性导致了现代农业的高产出,这些高产出的遗传杂种是由野生品种和遗传上不稳定的变种杂交而得的。遗传一致性的杂种植物对于害虫和病害等具有敏感性,所以每个作物品种必须都被同一物种新品系取代,才能避免灾害的发生。新品种所需的遗传物质必须由野生植物品种和原种提供而不是驯养后的作物品种。因此,保持一定数量的野生植物品种对现代化农业发展具有4重要作用。生物多样性对于粮食生产的重要性并不像上面所描述的这样简单,而有可能包含着极其复杂的机制。昆虫的传花授粉作用以及昆虫天敌、寄生虫、病原体等对农业害虫的作用等都对维持单一不稳定种植系统起作用[15]。1.3.2化学物质:中国的药用植物有几千种之多。西方国家处方药物四分之一是以植物衍生物为基础,世界上最著名的30种药物有5种来自真菌。其他的应用我们也不陌生,鱼肝油用作补充维生素的药物;除虫菊中提取的菊酯类物质用作杀虫剂。据统计,1985年,工业化国家从植物中提取的药品零售价值已达430亿美元[16]。目前,工业化国家配方药的40%直接来源于生物资源,或根据生物资源的化学组成合成[17]。印度用于制药的动植物品种有2000多种,而我国用于制药的动植物种类已达5000多种,每年产生的经济价值和社会价值十分巨大。随着植物生物技术的进步和制药工艺、设备的革新,动植物的药用价值正在不断提高和扩展。利用丰富多样的生物资源完全可以促进医药工业的进步,改善人类的健康状况。野生动植物品种的丧失意味这一大批人类尚不知其数目和价值的药物的丧失[18]。1.3.3美学方面众所周知，再优美的景观，一味地复制也觉得单调乏味。而景观的多样性依赖于生物多样性。生物多样性美化了环境，丰富了地区景观多样性。要是某一个没有缤纷的物种，哪来季相的丰富多彩，而乡土物种的多样性能突出一个地方特色和历史韵味。因此，就是这些多样的物种造就了城市景观的丰富多彩，带给了城市居民以美的享受[19]。1.3.4生物多样性还具有经济、生态、科研等多方面的重要意义，这里就不多加陈述了。2历史进化规律众所周知，生物多样性表现在不同层次和组织,即基因多样性、物种多样性和生态系统多样性等,而各层次的多样性又是相互联系的。这些不同层次的多样性及其相互联系的形成,是由于少数生物经过几十亿年发展进化的结果。生命自其产生以来,其生存环境一直处在不可逆的变化之中,向着多维化方5向发展,为生物多样性提供了环境基础。而其自身的多样化,使得单个个体本身器官组织等内部环境日趋复杂,个体间、种群间也互为环境,形成的生态系统也日益复杂,进一步加大了环境的多维化。生物与环境是密不可分的。从生物个体发育来看,它们对于环境在一定范围内变化都具有一定的适应性,有一定的主动适应能力。而环境对生物的影响是全程性的,不管是个体发育还是系统发育。个体发育的积分是系统发育，环境对个体发育影响,也必然作用到系统发育上,系统发育对于环境变化也具有主动适应能力。这种主动适应必定有其自身的反馈机制。这种反馈机制就是生物适应进化学说提出的分子机制[20]。生命的遗传物质核酸转录和翻译产生相应的蛋白质,这些蛋白质能适应环境而产生具有各种功能和结构等等性状,环境则通过对蛋白质的影响来调控核酸而有环境饰变,产生个体、器官和细胞间的差异。长久的较为稳定的环境饰变,会使高频转录产生的RNA通过逆转录方式形成cDNA,最后整合到DNA上,从而有遗传增量记录到DNA遗传信息库中,在遗传上强化其性状或产生新性状而进化。生物因具有这种进化机制而有主动适应能力。其进化的动力是环境与生物的负熵差引起的负熵流。在不同环境(负熵流因素不一)影响下,不同环境的信息记录到不同的生物上,使这些生物分化产生更丰富的多样性,从而适应不同的环境。早先的生物以RNA为遗传物质,到进化的生物以DNA为主要遗传物质;在原核生物中没有发现“内含子”,而真核生物却因内含子的存在而具有大量的“断裂基因”“加工基因”;绝大多数进化生物的DNA含量比原始的生物高,并具有重复多拷贝性,以及分子进化表现出DNA冗余特征,都说明这种进化机制的作用。大量昆虫抗药性分子基础的研究表明,抗药性的增加是其解毒酶的DNA拷贝数增加的缘故[21-24]也是这一机制的直接证据。先有RNA,然后才有DNA的进化的RNA学说[25]同样也支持这一机制。正因为生物有了这种进化机制,才使得生物有了进化的多样性。生命系统都是典型的自组织系统[26,27],其多样性和复杂性也是生命系统的宏观行为之一。生命系统是典型的自组织系统,系统中的多样性和复杂性存在着涨落,巨涨落在生物多样性上表现为生物的大规模爆发和灭绝,微涨落则为常规发生和背景灭绝。物多样性是生态系统某一层次组分的相异的多样化程度,如物种多样性就是某一时空范围或系统中物种这一可数单位的多样化程度;小的涨落(微涨落)不可能使整个系统克服势垒,跃出势阱。但一旦出现巨涨落,系统就可以6克服势垒,整体越过原来的势阱,进入新的耗散结构分支状态。随着系统的演化,系统不断出现新的分叉,越来越高级,生物多样性也会自发地增加。条件具备,某些微涨落因素被正反馈放大时,系统即进入巨涨落,表现为生物多样性的大爆发和大灭绝。正如Simpson所说,生物多样化和主要新类型的进化是由于侵入新的适应带(Adaptivezone)引起[28～30]。地理分隔能产生生物多样性,即可以产生一定的多样性,但它不应是多样性(特别是大规模多样性)的内在成因,而是外因。实际生物多样性由环境决定。自组织系统中被放大的涨落产生大量的分叉,其中有些能够保存下来,有些则被淘汰,这就是选择的作用。达尔文明确了环境对生物的自然选择对进化的意义,即优胜劣汰,这一原则至今仍为大多数生物学家和哲学家所接受。实际上,这一原理不仅对生物系统有效,而且对自组织系统也具有一般性意义。没有环境的选择,就没有系统的进化。甚至可以将自然选择比作一条河的河床,生物多样性就是河水,河水一定要在河床里才能向前流动。就像任何一个物种的生殖能力与实际种群数量一样,一个系统中潜在的生物多样性总是大于实际存在的多样性。潜在的多样性中有许多种状态(即生物的结构和功能),其中一些是不稳定的,环境决定哪些状态可以存在,哪些不能存在,或存在很短的时间。潜在的生物多样