生物圈二号：探索未来生态的奇妙实验 🌍 2024-12-27 作者 C3P00 一、人工降雨的尝试与挑战 💧 在生物圈二号这个封闭的小世界里，获取水源是一个至关重要的问题。最初的人工降雨计划是采用一种真正的人工雨方式，成温和的雨滴从天顶降下。然而，早期的测试表明这种方式存在诸多问题。 这种方式获得的雨水出现的次数非常少，这就像在干旱的土地上等待一场救命的甘霖，却总是失望而归。而且一旦有雨水出现，它又太大、太具有摧毁性，根本不是植物所需的那种温柔持续的雨水。这就像是给娇嫩的花朵浇灌了洪水，非但不能滋养它们，反而可能将其摧毁。 第二个计划是利用固定在上空框架上的洒水装置。这一想法看似美好，但在实际操作中却成了维护方面的噩梦。这些被打了精细小孔的喷雾装置，在短短两年的时间里，肯定需要疏通或更换。这就好比一个精密的仪器，虽然设计初衷是为了实现某种功能，但由于过于复杂和脆弱，在日常使用中却难以维持正常运转。 最后的设计方案是把散置在坡面上的水管在末端装上水雾喷头，然后把“雨水”从这些喷头里喷出来。这种做法相对简单直接一些，但仍然面临着如何精确模拟自然降雨的问题。 二、水资源循环的独特现象 🔄 令人意想不到的是，在这样一个物质封闭的小系统里面，水不仅不缺，而且还颇为充裕。在大约一周的时间里，所有的水就完成了一次循环。这是通过湿地处理区中微生物的活动来实现净化的。 当用水量加大的时候，也不过是稍微加快了水进入循环的速度罢了。这就像一个巧妙的平衡系统，无论外界（在这个封闭系统内指的是内部不同的用水需求）如何变化，它都能自我调节以保持整体的稳定。这种高效的水资源循环机制为生物圈二号内的生命提供了可靠的保障，也让我们看到了在有限空间内合理管理水资源的可能性。 三、生命的回路与多样性的重要性 🌿 生命的任何领域都是由数不清的独立的回路编织而成的。这些生命的回路——物质、功能和能量所追循的路线，重重叠叠、横七竖八地交织起来，形成解不开的结，直至脉络莫辨。显现出来的只有由这些回路编结而成的更大的模式。 每个环路都使其他环路变得更强，直至形成一个难以解开的整体。这种相互关联的关系就如同一个巨大的网络，其中任何一个节点的变化都可能影响到整个网络的运行。例如，在生物圈二号中，如果某个物种的数量发生变化，可能会引起一系列连锁反应，影响到与之相关的其他物种以及整个生态系统的稳定性。 （一）灭绝与进化的关系 在这包裹得严严实实的生态系统中，并不是没有灭绝的事情发生。一定的灭绝率对于进化来说是必要的。瓦尔特·阿迪在之前做部分封闭的珊瑚礁的时候，得到的物种流失率大概是1%。他估计在第一个两年周期结束的时候，整个生物圈二号中的物种会有30%~40%的下降。 不过阿迪相信，他已经学会如何培育多样性了。他的方法就是往系统里塞进比期望能活下来的物种数量更多的生物。这样流失率就会降下来，特别是昆虫和低等生物。之后，等到新的一轮重新开始的时候，再过量地往里塞，不过换一些有些许差别的物种。每次都会有大比例的损失，但是随着时间的推移，物种的数量会稳定在一个比上一次高一点的水平上。因为系统越复杂，它所能容纳的物种就越多。这个巨大的玻璃瓶，其实是个多样性的泵机——它能增加多样性。 （二）初始多样性的启动 留给生物圈二号的生态学家的一个巨大问题，就是如何以最佳方式启动初始多样性，使它成为后续多样性成长的杠杆。这就好比要建造一座高楼大厦，必须先打好坚实的地基一样。阿迪曾经提出过一个独特的方法，用缩写一本书的方法压缩整个生态群系，然后把它挪进生物圈二号那个相对来说缩小了的空间。也就是说，选择分散在各处的精华，然后把它们融合进一个取样器。 他在佛罗里达州的埃弗格莱兹地区选了一块30英里长的优良的红树林沼泽，把它一格格地勘查了一遍。按照盐分含量的梯度，大约每半英里就挖一小方红树根（4英尺深、4平方英尺大）。把这带有多叶的枝条、根、泥以及附着在上面的藤壶的样本装箱拉上岸，这些分段取出的沼泽样本，每一块的含盐量都因其中稍有不同的微生物而略有不同。经过一番周折后，这些沼泽样本被运回亚利桑那州并安置在生物圈二号里。开箱之后，重新形成的沼泽，只占了小小的90×30英尺的地方。不过在这个排球场大小的沼泽中，每个部分都生活着越来越多的嗜盐微生物的混合体。这样一来，从淡水到盐水的生命流，就被压缩到了一个鸡犬相闻的范围之中。 四、合成生态的概念与发展 🌏 获取自然环境中的某些部分，再将它们重新组装成湿地或者草原，只是建立生态区的办法之一，生态学家们把这种办法叫作“比对”法。这种办法的效果似乎还不错，但是还有另外一种途径，那就是参照多个环境创造一个合成的环境。 生物圈二号最终成了一个合成的生态系统，其中有很多比对的部分，比如阿迪的沼泽。“生物圈二号是一种合成的生态系统，而现在的加利福尼亚也是一种合成的生态系统。”博格斯说。沃肖尔也同意这种观点：“你在加利福尼亚州所看到的，其实是未来的一个征兆。一种程度很深的合成生态。它有数百种非本地的物种。澳大利亚的很多地方也在朝着这条路走。” 在现代社会，随着交通的发展，很多物种有意无意地搭上飞机等交通工具，从它们的原生地传播到它们原本根本不能到达的远方，造就了许多不同的生态系统。例如，康奈尔大学的爱德华·密尔斯已经在北美五大湖中识别出了136种来自欧洲、太平洋和其他地方的鱼，它们已经在五大湖地区兴旺发达了。“也许五大湖地区绝大多数的生物量其实都是外来的，”密尔斯宣称，“它现在已经是一个十足的人造系统了”。 我们不妨开发一门关于合成生态的科学，反正我们已经在不经意间创造了合成生态。很多古生态学家认为，人类早期的整个活动谱系——打猎、放牧、放火烧荒以及对草药的选择和收集，已经在荒野打造出了一种“人工的”生态，确切地说，就是依靠人类的技能大大改变了的生态。所有那些我们觉得是自然的、未受侵犯的野生环境，其实都充满了人为和人类活动的痕迹。 “很多雨林实际在很大程度上处于印第安土著的管理之下，”博格斯说，“可是等到我们进去的时候，我们做的第一件事就是清除印第安人，于是管理技能就消失了。我们之所以认为这片老树是原始雨林，是因为我们自己所知道的唯一的管理树木的方式就是把树砍掉，而这里没有明显的砍伐痕迹。”博格斯相信，人类活动的痕迹留得很深，根本不会被轻易抹除。“一旦你改变了生态系统，并找到适合播种的种子，以及必不可少的气候窗口，改变就开始了，而且这是不可逆转的。这个合成的生态系统持续运转下去并不需要人的存在，它不受干扰地运转。加利福尼亚的人即使都死了，现在这个合成的动植物群落仍会保持下去。这是一种新的亚稳定状态，只要现有的自我强化的条件不变化，它就会一直如此。” 五、生物圈原则与封闭系统的启示 🔬 当这些生态学家存心装配第一个合成生态的时候，他们尝试着设计了几条他们觉得对于创造任何活的封闭生物系统都非常重要的指导原则，即“生物圈原则”。 （一）生物圈原则的具体内容 微生物做绝大部分的工作：微生物在生态系统中扮演着极其重要的角色，它们参与物质的分解、转化等过程。 土壤是有机体。它是活的。它会呼吸：土壤不仅仅是无生命的物质，而是包含着无数生物及其活动的场所。 创造【冗余】（多余）的食物网络：确保食物链有足够的分支和冗余，以提高系统的稳定性。 逐步地增加多样性：避免一次性引入过多物种，以免造成生态失衡。 如果不能提供一种物理功能，就需要模拟一个类似的功能：例如在生物圈二号中模拟自然降雨等功能。 大气会传达整个系统的状态：通过监测大气成分等信息，可以了解整个生态系统的健康状况。 聆听系统：看看它要去哪里：尊重生态系统的自然发展规律，不要过度干预。 （二）封闭系统的意义 雨林、冻土带、沼泽本身并不是自然的封闭系统：它们相互之间是开放的。我们所知道的唯一的自然封闭系统：整体来看是地球，或者说，盖亚。我们在生物圈二号这样的封闭系统中进行的研究，是为了更好地理解地球这个大系统。在封闭系统中，共同进化的多样性得到了集中体现。封了口的瓶子——当内部的回路编织成形然后又变得紧凑之后——就会加速其内部的变化及进化。这种隔绝，就跟陆栖进化的隔绝一样，培育着多样性和显著的差异性。 不过，最终，所有的封闭系统都是会被打开的，至少会出现泄露。我们可以肯定的是，无论哪一个人工制造的封闭系统，都或早或晚地会被打开。生物圈二号大约会每年封闭、打开一次。而在宇宙中，在星系时间的尺度内，星球的这种封闭体系也会被穿透，以交叉的方式相互提供生命种子——彼此交换一下物种。宇宙的生态类型是：封闭系统（各星球）中的某个星系，像被锁在镜像瓶里的变色龙那样疯狂地发明着各种东西。而时不时地，从一个封闭系统中产生出来的奇迹，就会给另外的一个封闭系统带来震撼。 我们在盖亚建造的那些在短暂的时间内处于封闭状态的小盖亚，绝大多数其实都只是有指导意义的辅助物。它们是为了回答一个基本问题建造出来的模型：我们对地球上这个大一统的生命体系到底能产生什么样的影响，发挥什么样的作用？有没有我们可以达到的控制层面，要么，盖亚根本就不受我们控制？ 生物圈二号作为一项伟大的实验，虽然在实验过程中遇到了许多困难和挫折，但它为我们探索未来生态学提供了宝贵的经验和启示。它让我们认识到人类在塑造生态系统方面的能力与局限，也让我们更加深刻地理解了地球这个独一无二的生命家园。
一、人工降雨的尝试与挑战 💧
在生物圈二号这个封闭的小世界里，获取水源是一个至关重要的问题。最初的人工降雨计划是采用一种真正的人工雨方式，成温和的雨滴从天顶降下。然而，早期的测试表明这种方式存在诸多问题。
这种方式获得的雨水出现的次数非常少，这就像在干旱的土地上等待一场救命的甘霖，却总是失望而归。而且一旦有雨水出现，它又太大、太具有摧毁性，根本不是植物所需的那种温柔持续的雨水。这就像是给娇嫩的花朵浇灌了洪水，非但不能滋养它们，反而可能将其摧毁。
第二个计划是利用固定在上空框架上的洒水装置。这一想法看似美好，但在实际操作中却成了维护方面的噩梦。这些被打了精细小孔的喷雾装置，在短短两年的时间里，肯定需要疏通或更换。这就好比一个精密的仪器，虽然设计初衷是为了实现某种功能，但由于过于复杂和脆弱，在日常使用中却难以维持正常运转。
最后的设计方案是把散置在坡面上的水管在末端装上水雾喷头，然后把“雨水”从这些喷头里喷出来。这种做法相对简单直接一些，但仍然面临着如何精确模拟自然降雨的问题。
二、水资源循环的独特现象 🔄
令人意想不到的是，在这样一个物质封闭的小系统里面，水不仅不缺，而且还颇为充裕。在大约一周的时间里，所有的水就完成了一次循环。这是通过湿地处理区中微生物的活动来实现净化的。
当用水量加大的时候，也不过是稍微加快了水进入循环的速度罢了。这就像一个巧妙的平衡系统，无论外界（在这个封闭系统内指的是内部不同的用水需求）如何变化，它都能自我调节以保持整体的稳定。这种高效的水资源循环机制为生物圈二号内的生命提供了可靠的保障，也让我们看到了在有限空间内合理管理水资源的可能性。
三、生命的回路与多样性的重要性 🌿
生命的任何领域都是由数不清的独立的回路编织而成的。这些生命的回路——物质、功能和能量所追循的路线，重重叠叠、横七竖八地交织起来，形成解不开的结，直至脉络莫辨。显现出来的只有由这些回路编结而成的更大的模式。
每个环路都使其他环路变得更强，直至形成一个难以解开的整体。这种相互关联的关系就如同一个巨大的网络，其中任何一个节点的变化都可能影响到整个网络的运行。例如，在生物圈二号中，如果某个物种的数量发生变化，可能会引起一系列连锁反应，影响到与之相关的其他物种以及整个生态系统的稳定性。
（一）灭绝与进化的关系
在这包裹得严严实实的生态系统中，并不是没有灭绝的事情发生。一定的灭绝率对于进化来说是必要的。瓦尔特·阿迪在之前做部分封闭的珊瑚礁的时候，得到的物种流失率大概是1%。他估计在第一个两年周期结束的时候，整个生物圈二号中的物种会有30%~40%的下降。
不过阿迪相信，他已经学会如何培育多样性了。他的方法就是往系统里塞进比期望能活下来的物种数量更多的生物。这样流失率就会降下来，特别是昆虫和低等生物。之后，等到新的一轮重新开始的时候，再过量地往里塞，不过换一些有些许差别的物种。每次都会有大比例的损失，但是随着时间的推移，物种的数量会稳定在一个比上一次高一点的水平上。因为系统越复杂，它所能容纳的物种就越多。这个巨大的玻璃瓶，其实是个多样性的泵机——它能增加多样性。
（二）初始多样性的启动
留给生物圈二号的生态学家的一个巨大问题，就是如何以最佳方式启动初始多样性，使它成为后续多样性成长的杠杆。这就好比要建造一座高楼大厦，必须先打好坚实的地基一样。阿迪曾经提出过一个独特的方法，用缩写一本书的方法压缩整个生态群系，然后把它挪进生物圈二号那个相对来说缩小了的空间。也就是说，选择分散在各处的精华，然后把它们融合进一个取样器。
他在佛罗里达州的埃弗格莱兹地区选了一块30英里长的优良的红树林沼泽，把它一格格地勘查了一遍。按照盐分含量的梯度，大约每半英里就挖一小方红树根（4英尺深、4平方英尺大）。把这带有多叶的枝条、根、泥以及附着在上面的藤壶的样本装箱拉上岸，这些分段取出的沼泽样本，每一块的含盐量都因其中稍有不同的微生物而略有不同。经过一番周折后，这些沼泽样本被运回亚利桑那州并安置在生物圈二号里。开箱之后，重新形成的沼泽，只占了小小的90×30英尺的地方。不过在这个排球场大小的沼泽中，每个部分都生活着越来越多的嗜盐微生物的混合体。这样一来，从淡水到盐水的生命流，就被压缩到了一个鸡犬相闻的范围之中。
四、合成生态的概念与发展 🌏
获取自然环境中的某些部分，再将它们重新组装成湿地或者草原，只是建立生态区的办法之一，生态学家们把这种办法叫作“比对”法。这种办法的效果似乎还不错，但是还有另外一种途径，那就是参照多个环境创造一个合成的环境。
生物圈二号最终成了一个合成的生态系统，其中有很多比对的部分，比如阿迪的沼泽。“生物圈二号是一种合成的生态系统，而现在的加利福尼亚也是一种合成的生态系统。”博格斯说。沃肖尔也同意这种观点：“你在加利福尼亚州所看到的，其实是未来的一个征兆。一种程度很深的合成生态。它有数百种非本地的物种。澳大利亚的很多地方也在朝着这条路走。”
在现代社会，随着交通的发展，很多物种有意无意地搭上飞机等交通工具，从它们的原生地传播到它们原本根本不能到达的远方，造就了许多不同的生态系统。例如，康奈尔大学的爱德华·密尔斯已经在北美五大湖中识别出了136种来自欧洲、太平洋和其他地方的鱼，它们已经在五大湖地区兴旺发达了。“也许五大湖地区绝大多数的生物量其实都是外来的，”密尔斯宣称，“它现在已经是一个十足的人造系统了”。
我们不妨开发一门关于合成生态的科学，反正我们已经在不经意间创造了合成生态。很多古生态学家认为，人类早期的整个活动谱系——打猎、放牧、放火烧荒以及对草药的选择和收集，已经在荒野打造出了一种“人工的”生态，确切地说，就是依靠人类的技能大大改变了的生态。所有那些我们觉得是自然的、未受侵犯的野生环境，其实都充满了人为和人类活动的痕迹。
“很多雨林实际在很大程度上处于印第安土著的管理之下，”博格斯说，“可是等到我们进去的时候，我们做的第一件事就是清除印第安人，于是管理技能就消失了。我们之所以认为这片老树是原始雨林，是因为我们自己所知道的唯一的管理树木的方式就是把树砍掉，而这里没有明显的砍伐痕迹。”博格斯相信，人类活动的痕迹留得很深，根本不会被轻易抹除。“一旦你改变了生态系统，并找到适合播种的种子，以及必不可少的气候窗口，改变就开始了，而且这是不可逆转的。这个合成的生态系统持续运转下去并不需要人的存在，它不受干扰地运转。加利福尼亚的人即使都死了，现在这个合成的动植物群落仍会保持下去。这是一种新的亚稳定状态，只要现有的自我强化的条件不变化，它就会一直如此。”
五、生物圈原则与封闭系统的启示 🔬
当这些生态学家存心装配第一个合成生态的时候，他们尝试着设计了几条他们觉得对于创造任何活的封闭生物系统都非常重要的指导原则，即“生物圈原则”。
（一）生物圈原则的具体内容
（二）封闭系统的意义
雨林、冻土带、沼泽本身并不是自然的封闭系统：它们相互之间是开放的。我们所知道的唯一的自然封闭系统：整体来看是地球，或者说，盖亚。我们在生物圈二号这样的封闭系统中进行的研究，是为了更好地理解地球这个大系统。在封闭系统中，共同进化的多样性得到了集中体现。封了口的瓶子——当内部的回路编织成形然后又变得紧凑之后——就会加速其内部的变化及进化。这种隔绝，就跟陆栖进化的隔绝一样，培育着多样性和显著的差异性。
不过，最终，所有的封闭系统都是会被打开的，至少会出现泄露。我们可以肯定的是，无论哪一个人工制造的封闭系统，都或早或晚地会被打开。生物圈二号大约会每年封闭、打开一次。而在宇宙中，在星系时间的尺度内，星球的这种封闭体系也会被穿透，以交叉的方式相互提供生命种子——彼此交换一下物种。宇宙的生态类型是：封闭系统（各星球）中的某个星系，像被锁在镜像瓶里的变色龙那样疯狂地发明着各种东西。而时不时地，从一个封闭系统中产生出来的奇迹，就会给另外的一个封闭系统带来震撼。
我们在盖亚建造的那些在短暂的时间内处于封闭状态的小盖亚，绝大多数其实都只是有指导意义的辅助物。它们是为了回答一个基本问题建造出来的模型：我们对地球上这个大一统的生命体系到底能产生什么样的影响，发挥什么样的作用？有没有我们可以达到的控制层面，要么，盖亚根本就不受我们控制？
生物圈二号作为一项伟大的实验，虽然在实验过程中遇到了许多困难和挫折，但它为我们探索未来生态学提供了宝贵的经验和启示。它让我们认识到人类在塑造生态系统方面的能力与局限，也让我们更加深刻地理解了地球这个独一无二的生命家园。