生物多样性
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生物多样性(Biodiversity)是地球上生命的多样性及差异性,差异程度可从三个层面来审视:基因差异、物种多样性及生态系统多样性。生物多样性并非平均分布在全球;由于赤道附近气候温暖且初级生产更高,热带地区的生物多样性通常较为丰沛;热带雨林生态系统覆盖地球表面虽不足10%,却拥有全球约90%物种。海洋生物多样性则以西太平洋沿岸(海面温度最高)及各海洋的中纬度区域较高。物种多样性分布呈现出纬度梯度。生物多样性大多有密集于生物多样性热点的倾向,且随着时间愈加繁盛,但是由于森林砍伐带来的主要后果,预期未来生物多样性可能会趋缓。生物多样性和维系着生命的许多过程(演化、生态及文化)息息相关。
环境变化剧烈通常会导致大规模灭绝。地球上曾经存活过的所有物种,估计超过99.9%(总计超过50亿种)已经灭绝。世上目前物种数量约有1,000万至1,400万种,其中约120万种已被登录,超过86%物种则尚未被描述。相关DNA碱基对的总量估计为5.0x1037,重达500亿吨。相较之下,生物圈的总生物量预估有高达4万亿吨的碳。2016年7月,科学家从地球上所有生物的最后共同祖先(LUA)中识别出355个基因的组合。
地球年龄约为45.4亿年。目前的共识是地球上最早的生命证据至少可以追溯到35亿年前,即冥古宙炽热岩浆开始凝固后的始太古代。西澳大利亚34.8亿年前的砂岩中发现了微生物席化石。还有在格陵兰岛西部37亿年前变质沉积岩中发现的石墨也是早期生物物质物理证据。2015年在西澳大利亚41亿年前的岩石中发现了“生物物质的残迹”,引述其中某位研究人员的说法:“如果地球生命相对出现得这么迅速,放诸宇宙间可能也是常态。”
生命起源以降,发生过五次生物集群灭绝及几次小型灭绝事件,导致了生物多样性大规模地急遽下降;然后在周期式生物多样性大量丧失之后,经常也伴随着生物多样性急剧上升。但是人类出现以后,生物多样性持续减少,基因多样性也一损俱损,被称作第六次大灭绝—全新世灭绝;人为影响正是主因,栖地破坏尤甚。生物多样性对于人类健康有许多正面影响,少数研究呈现的负面影响算是瑕不掩瑜。
- 1916年 – J. Arthur Harris 在《科学人》杂志〈变幻的沙漠〉一文中首次使用“生物的多样性( biological diversity)”一词:“空泛的说该地区植物的物种丰富多样、来自于许多地方或是有各式各样的变种,完全不足以描述真实的生物多样性。”[1]
- 1974年 – John Terborgh 采用“自然的多样性”一词。[4]
- 1985年 – 根据 Edward O. Wilson 的说法,W. G. Rosen 创造了缩略词“生物多样性(biodiversity)”:“Walter G.Rosen 博士代表美国国家科学院国家研究委员会(NRC/NAS),规划执行‘生物多样性国际论坛’专案,并且采用‘生物多样性’一词。”[7]
- 1985年 – Laura Tangley 在〈保护地球生物群的新计划〉文中使用生物多样性一词。[8]
“生物多样性”最常用来取代另外两个定义更明确且历史悠久的术语—物种多样性及物种丰富度。[11]生物学家最常把生物多样性定义为“某个地区的基因、物种和生态系的总和”[12][13],这个定义的优点是它对于先前已确定的生物品种传统类型,做了完整的呈现:
- 生态多样性—常从生态系的多样性角度来看。[14]
- 功能多样性—衡量某群生物中功能不同(例如摄食机制、运动性、捕猎关系等)的物种数量。[16]
其他定义包括:
国际自然保护联盟(IUCN)为了1982年世界国家公园会议委托 Bruce A. Wilcox 撰写论文,文中首先提出与前述说明相一致的明确定义。[17]Wilcox 的定义是“生物的多样性,指的是生命形式在生物系统各个层面(分子、有机体、类群、物种及生态系)中的多元样态”。[17]
Wilcox 在1984年指出,可以从基因的角度将生物多样性定义为“等位基因、基因及有机体的多样性”,聚焦在驱动着生物演化的突变和基因水平转移等过程。[17]
1992 年联合国地球高峰会将“生物的多样性”定义为“所有来源的形形色色生物体,除了别的事物之外,包括陆地、海洋、水生生态系统及其他生态区域所构成的生态综合体;这包括物种内部、物种之间与生态系统的多样性”。此定义用于联合国《生物多样性公约》。[18]
Gaston 及 Spicer 在《生物多样性导论》中的定义是“生命在各种生物组织层级的多元样态”。[19]
联合国粮食及农业组织(FAO) 将生物多样性定义为“生物体(包括物种内部和物种之间)及其所属的生态系统间所存在的变异性。”[20]
森林生物多样性是个广义的术语,意指所有在森林地区发现的生命类型及其扮演的生态角色。因此,森林生物多样性不仅涵盖树木,还包括生长栖息在森林区的植物、动物、微生物及其关连的基因多样性。我们可以从不同的层级来探讨森林生物多样性,包括生态系统、景观、物种、种群和基因。各层级内部和层级彼此间都可能发生复杂的交互作用。在生物多样性丰富的森林里,复杂的交互作用让生物体得以适应不断变化的环境条件并维持生态系统的完整功能。
生物多样性公约(CBD)缔约方大会在COP2 II/9号决议的附件中,公开认定“森林生物多样性源于数千年乃至数百万年的演化过程,而这些演化过程本身是由生态力量所驱动的,例如气候、火灾、物种间的竞争和牵制。此外,森林生态系统的多样性(无论是物理上或是生物学上)所带来的高级别适应能力,正是森林生态系统不可缺少生物多样性的特征。甚至在特定的森林生态系统中,维持生态循环交替过程,其实就是在维持生物多样性。”[21]
生物多样性并非平均分布,无论从跨全球角度或特定区域内部来看,差异都很大。姑且不论个别因素,世上所有生物(生物群系)的多样性都取决于温度、降水、海拔、土壤、地理及其他物种的生存样态。研究生物、物种和生态系的空间分布科学称为生物地理学。[22][23]
热带和某些特定局部地区(例如好望角植物保护区)的生物多样性总是比较高,而极地地区的生物多样性则普遍较低。长久处于潮湿气候的热带雨林(例如厄瓜多尔的亚苏尼国家公园)的生物多样性更是高得非比寻常。[24][25]
一般认为地球陆地生物多样性是海洋生物多样性的25倍。[26]而陆地生物多样性几乎都含藏在森林之中。因此,要保护世上的生物多样性,几乎就取决于人类用何种方式来运用全世界的森林,以及和森林间有什么样的互动。[21]
根据2011年新的估算方式,地球上的物种总计有870万种,其中约有210万种生存于海洋中。[27]然而这个算法恐怕不足以呈现微生物的多样性。[28]森林是80%两栖动物、75%鸟类和68%哺乳动物的栖息地。大约60%维管植物生长在热带森林中。红树林是许多鱼类和贝类的繁殖生长之处,并有助于拦截沉积物,以免对海草草甸及珊瑚礁产生不良影响,间接保护了无数海洋物种的栖息区。[21]
森林生物多样性随着森林类型、地理、气候、土壤及人类运用方式等因素而有差异。[29]大多数温带地区森林所孕育的动植物物种相对较少,且这些物种的地理分布较大;而非洲、南美、东南亚山地森林、澳大利亚、巴西沿海、加勒比群岛、中美洲低地森林及东南亚岛屿的物种,其地理分布较小。[29]人口及农业用地密集的地区,例如欧洲、孟加拉部分地区、中国、印度及北美,其生物多样性的完整性较差;北非、澳大利亚南部、巴西沿海、马达加斯加及南非也被认定是生物多样性严重不完整的地区。[29]
一般来说,生物多样性由热带地区往极地递减,即低纬度地区的物种比高纬度地区的物种多,通常称为“物种多样性的纬度梯度”(LDG)。某些生态因素可能都对纬度梯度的形成有所影响,但终极因素是赤道的平均温度高于极地的平均温度。[30][31][32]
尽管陆地生物多样性从赤道往极地下降,[33]有些研究还是认为纬度梯度在水域生态系统中尚未经证实,尤其是在海洋生态系统。[34]寄生虫的纬度分布似乎不遵循这个规则。[22]
2016年,有人提出“碎形生物多样性”的假说来说明生物多样性纬度梯度。[35]研究中将物种库的大小和生态系统的碎形性质结合起来,以说明梯度的一般模式。该假设将温度、湿度和初级净生产量(NPP)视为生态系统利基的主要变量,同时是生态四维空间的轴。通过这种方式可能建构出碎形超维空间,向赤道移动时其碎形维数会增加到三个。[36]
生物多样性热点指的是拥有大量特有种的地区,而这些特有种正处于栖地严重破坏的危机中。[37]“热点”一词由 Norman Myers 于1988年开始使用。虽然热点遍布世界各地,但以森林区为主,且大多位于热带地区。[38][39][40][41]
巴西的大西洋沿岸森林就被归类为这种热点,该地区有大约20,000种植物、1,350 种脊椎动物和数百万种昆虫,其中大约一半是当地的特有种。[42][43]哥伦比亚的特点是生物多样性高,以全球地区面积单位来看,其特有种比例最高,拥有的当地特有物种(在其他任何地方都没有发现的野生物种)比任何国家都多。地球上大约有10%物种都可以在哥伦比亚找到,包括1,900多种鸟类,比欧洲加上北美的总数还多;哥伦比亚并拥有世上10%哺乳动物、14%两栖动物和18%鸟类的物种。马达加斯加岛及印度也相当引人注目。[44]马达加斯加岛西北方干燥落叶林及低地雨林的特有种比率同样很高;[45][46]岛屿自6,600万年前与非洲大陆分离之后,许多物种及生态系统都已经独立演化。[47]印尼17,000个岛屿占地约1,904,560平方公里,拥有世上10%开花植物、12%哺乳动物及17%爬行动物、两栖动物和鸟类的物种,以及将近2.4亿人口。[48]许多地区之所以拥有较高生物多样性或较多特有种,乃是源自于栖地的特异性使得当地生物需要有非凡的适应力才能存活,例如高山气候环境或北欧酸性泥炭沼泽。[49]
要精准测量生物多样性的差异之处是相当困难的。不同研究人员彼此的抽样偏差也可能会造成对现代生物多样性所做的实证研究出现偏向。英国牧师Gilbert White 在《赛尔本村自然史》(1768年)说得明白:“整个自然如此丰富,以至于严格检证后,赛尔本村出产了最多种类的动植物。”[50]
主条目:演化
生物多样性历经35亿年演化而成。[51]虽然科学上仍未确定生命的起源,但有证据表明,生命形式可能在地球形成后仅仅几亿年间就已经被安排妥当。25亿年前,所有生命都还是由微生物组成,诸如古菌、细菌、单细胞原生动物和原生生物。[28]
显生宙(过去5.4亿年)生物多样性肇始于寒武纪大爆发期间的快速增长,这个时期几乎出现了所有多细胞生物的各个分门。[52]接下来的4亿年,无脊椎动物的整体多样性趋势并不明显,脊椎动物的整体多样性趋势则呈现指数增长。生物多样性急剧上升经常随着周期性的、多样性大量丧失(生物集群灭绝)之后发生。[14]例如石炭纪雨林崩溃事件令生物多样性减损甚钜。[53]最严重的是2.51亿年前的二叠纪-三叠纪灭绝事件,脊椎动物花了3,000万年才得以恢复到原本的多样性数量。[54]
往昔的生物多样性被称为古生物多样性。化石记录显示过去几百万年的生物多样性可能是最丰富的。[14]然而并非所有科学家都支持这个观点,因为化石纪录会受到近期地质剖面的可用性和保存状况的影响,导致不确定性。[55]也有科学家认为,人工重建的标本经过采样校正后,现代的生物多样性可能和3亿年前相去不远[52];别的科学家还是认为化石记录合理地反映了生命的多样化。[14]目前全球的宏观物种多样性的估计为200万至1亿种不等,最佳估计值为大约900万种,[27]绝大多数是节肢动物。[56]排除自然淘汰的情况,生物多样性似乎持续增加中。[57]
地球承载生命的能力是否会限制同时存活的生命数量,造成物种数量有其上限,尚有争议。
根据纪录来看,海洋中的生命多样性呈现逻辑斯谛函数增长模式,但是陆地上的生命多样性(昆虫、植物和四足动物)却呈现指数增长模式。[14]如同〈全球分类学多样性、生态学多样性及陆地上脊椎动物扩张之间的联系〉一文所述,“四足动物的扩张尚未达到潜能64%,要不是被人类影响,四足动物生态学多样性及分类学多样性将继续呈现指数增长,直到大部分或所有的可用生态空间被填满为止。”[14]
随着时间的推移,生物多样性似乎持续增长,特别是在每次大规模灭绝事件之后。[58]
另一方面,显生宙生态变化与双曲函数模型(广泛用于族群生物学、人口学、宏观社会学及化石生物多样性)的相关性,高于与指数模型和逻辑斯谛函数模型的相关性。逻辑斯谛函数模型意味着生物多样性的变化必然是由一阶的正回馈(更多祖先,更多后代)或负回馈(资源限制)所带动。双曲函数模型则属于二阶的正回馈。[58]由于物种间竞争的强度不同所导致的二阶回馈强度有所差异,或许可以解释在二叠纪-三叠纪灭绝事件后,菊石亚纲的物种多样化再生速度比双壳纲来得更快。[59]世界人口增长的双曲函数模式源于人口规模及科技增长率之间的二阶正回馈。[60]生物多样性增长的双曲函数特征同样可以用多样性及群落结构复杂性之间的回馈来解释。生物多样性曲线与人口增长曲线的相似性,可能是因为两者的双曲函数趋势都奠基于周期性与随机动力学之间的互动消长。[60][61]
大多数生物学家都认为人类出现以后的时期算是一种新的大规模灭绝事件,称为全新世灭绝事件,主要是人类带给环境的冲击所造成的。[62]也有人主张按造目前的物种灭绝速度,不出100年地球上大多数物种就会全部消失。[63]另一方面,我们还是经常发现新物种,平均每年有5到10,000个新物种出现,其中大多数是昆虫;另外还有许多物种虽然已经被发现却还没分类,例如将近90%节肢动物都尚未分类。[56]
更多资讯请见:生态系统服务
“生态系统服务是生态系统为人类提供的整套利益[64]”。大自然的物种或生物群是所有生态系统的守护者。自然界就像是巨大的固定资产银行账户,只要资产维持得宜,就能够无限期地支付维持生命的红利。[65]生态系统服务分为四种类型:
1.供应服务:可再生资源的产出,例如食品、木材、淡水。[64]
2.调节服务:减缓环境变化,例如调节气候、控制病虫害。[64]
3.文化服务:提供给人类的价值和乐趣,例如景观美学、文化遗产、户外休闲及精神意涵。[66]
4.支持服务:让整体生态系统服务得以运作,例如授粉、养分循环、光合作用以及初级生产量。[67]
生物多样性对生态系统服务的影响有许多说法,尤其是供应服务及调节服务。对“同行评审”文献做详尽调查以评估相关的36项主张后,获得一致认可的有14项,正反意见不一有6项,被认定为错误有3项,证据不足以得到明确结论的有13项。[64]
生物多样性的增加对于生态系统服务的影响,究竟是提升、减损或是有利有弊,说明如下:
- 更多的渔场物种多样性可以增加渔业产量的稳定性(8项观察研究的综合)。[64]
- 更多的害虫天敌物种多样性可以减少了食草性害虫的种群数量(来自两项独立审查的数据;一项为266项实验和观察研究的综合[71];另一项为18项观察研究的综合。[72][73]虽然还有一项审查(来自38项实验研究)对此结论意见不一:相较于有同类互食情况的物种,单纯被捕食的物种比较有这种效果。[74]
- 更多的植物物种多样性可以减少植物疾病的流行(107项实验研究的综合)。[75]
- 更多的植物物种多样性有助于抵抗植物入侵(来自两项独立审查:一项为105项实验研究的综合数据[74];另一项为15项实验研究的综合数据)。[76]
- 更多的植物物种多样性可以增加碳截存,但是这个发现只和二氧化碳的实际吸收有关,与长期储存无关(479项实验研究的综合),详见下文。[23]
- 更多的植物物种多样性可以增加土壤的再矿化作用(103项实验研究的综合)。[75]
- 更多的植物物种多样性可以增加土壤有机质(85项实验研究的综合)。[75]
- 迄今尚未发现
- 更多的植物物种多样性可能会也可能不会减少食草性害虫的数量。来自两个独立审查的数据发现植物多样性增加可以减少害虫种群(一个是40项观察研究的综合[77];另一个是100项实验研究的综合)[69]。但是另一篇综述则发现了正反不一的证据(287项实验研究的综合)[78],还有一篇评论得到相反的结论(100项实验研究的综合)。[75]
- 更多的动物物种多样性可能会也可能不会降低这些动物的疾病流行率(45项实验和观察研究的综合),[79]尽管2013年的研究提出更有力的支持,认为生物多样性实际上可能增强动物群落内的疾病抵抗力,至少在两栖类青蛙池的生态区是如此。[80]但是必须要发表更多的研究,以平衡证据,方能在这项服务上获得通用结论。
- 更多的植物物种及性状多样性可能会也可能不会增加长期碳储存(33项观察研究的综合)。[64]
- 更多的授粉媒介多样性可能会也可能不会增加授粉(7项观察研究的综合),但2013年出版品指出,本地传粉媒介多样性的增加会让花粉沉积情况增强(结果不一定像作者说的那样,读者得自行研究书中冗杂的补充材料)。[81]
- 更大的植物物种多样性降低了初级生产(7项实验研究的综合)。[23]
- 许多生物体的基因多样性及物种多样性的增加反而降低了淡水净化(综合8项实验研究,尽管研究员企图调查碎屑生物多样性对淡水净化的影响,因为只找到1项观察研究,缺乏足够证据而失败)。[64]
- 植物物种多样性对生物燃料产量的影响(文献调查中仅发现3项研究)。[64]
- 鱼类物种多样性对渔业产量的影响(文献调查中仅发现4项实验研究和1项观察研究)。[64]
- 物种多样性对生物燃料产量稳定性的影响(文献调查中没有发现任何研究)。[64]
- 植物物种多样性对饲料产量稳定性的影响(文献调查中仅发现2项研究)。[64]
- 植物物种多样性对作物产量稳定性的影响(文献调查中仅发现1项研究)。[64]
- 植物遗传多样性对作物产量稳定性的影响(文献调查中仅发现2项研究)。[64]
- 多样性对木材生产稳定性的影响(文献调查中找不到任何研究)。[64]
- 多个分类群的物种多样性对侵蚀控制的影响(文献调查中找不到任何研究,但是有找到关于物种多样性影响根系生物量的研究)。[64]
- 多样性对洪水调节的影响(文献调查中找不到任何研究)。[64]
- 植物种类和性状多样性对土壤水分的影响(文献调查中仅发现2项研究)。[64]
1997年 Robert Costanza 与同事们共同发表了生态系统服务的全球预估平均价值(不包括传统市场)为每年33万亿美元。[82]
自石器时代以来,由于人类活动的宰制,物种减损率已经超过了平均基础减损率,估计为化石记录中典型减损率的100至10,000倍。生物多样性还提供了许多非物质的利益,包括精神及美学价值、知识系统和教育。[83]
主条目:农业生物多样性
农业多样性可以分为两类:第一类是基因多样性,即同物种内的基因变异,以马铃薯(Solanum tuberosum)为例,就有许多不同的类型及品种,在美国可能不会把赤褐色马铃薯、紫薯及其他新品种马铃薯混为一谈。虽属一个物种,但是彼此不同。
第二类是物种多样性,即不同物种的数量和类型。想像一下许多小农都会在田里种上各种作物,像土豆、胡萝卜、辣椒、生菜等,就知道物种多样性的意思。
农业多样性也可以区分为“计划多样性”及“连带多样性”。这种分类是人类依造功能所定,而不是生命或多样性的内在特征。计划多样性包括鼓励或辅导农民种植及饲养的作物及牲畜,例如农作物、植披、作物共生产品及家禽家畜等等。相对的,连带多样性就是种植作物时不请自来的生物多样性,例如种植牧草就会吸引食草动物、带来各种杂草及病原体等。[84]
连带多样性可能有利有弊。有利的是增加野生授粉者(例如野生蜜蜂和食蚜蝇)可提高作物授粉率[85],天敌变多可防治害虫,以及带来抗体可抑制病原体。连带多样性对农田好处不少,并提供多种生态系统服务,诸如防治害虫、促进养分循环及提升授粉率,都可以支持作物生产。[86]
如何控制“连带多样性”所带来的伤害,是农民务农时面临的重大挑战。在单一耕作中,通常是使用整套技术来作农损控管,包含可以杀伤生物的杀虫剂、机械化工具和基因工程改造技术,之后就可以轮作作物。虽然有些混作农民使用相同的技术,也采用综合虫害管理策略及加强劳力密集策略,但是混作农民通常较不依赖资本、生物技术及能源。
我们之所以能选择摄取多样化的食物,部分原因是农作物的物种多样性以及基因多样性。如果单一作物耕作失败,在土地上重新种植新作物就需依靠农业多样性:例如害虫危害了小麦,如果我们隔年改成种植更耐虫害的小麦品种,靠的就是基因多样性;如果我们放弃生产小麦改种其他作物,靠的就是物种多样性。就算在单一耕作为主力的农业社会,某些时候也依赖着生物多样性。
- 1970年代,水稻草状矮缩病毒袭击印尼及印度的稻田,当时对6,273个稻米品种进行了抗性测试。只有一个品种对病毒有抵抗力,是1966年才发现的印度变种。后来这个变种与其他变种杂交出的品种,目前已被广泛种植。[87]
单一栽培是导致农业灾损的重要因素,诸如19世纪末期欧洲葡萄酒工业的崩坏以及1970年美国南部玉米叶枯病大流行。[89]
虽然仅仅20种植物就供应了80%的人类食物,[90]人类运用的其他植物还是至少有40,000种。[91]地球上幸存的生物多样性仍是宝贵资源,让人类适合使用的食物及相关产品种类还有选择的余裕,只不过目前的物种灭绝速度已经限缩了这种潜力。[63]
种种科学证据显示生物多样性的减损会影响全人类的健康,生物多样性攸关人类健康俨然成了国际政治议题,[92][93][94]并与气候变迁议题密切相关,[95]因为气候变迁带给人类许多健康风险,对生物多样性变化都有连带影响(例如人口和疾病媒介的分布变化、淡水不足、对农业生物多样性和食物资源的冲击等)。纽约巴德学院生态学家 Felicia Keesing 和康乃尔大学阿特金森永续未来中心(ACSF)环境副主任 Drew Harvell 共同完成并发表在《自然》杂志的研究报告〈物种消失有害健康〉指出:最有可能因为气候变迁而灭绝的物种,多数是可以缓和传染病传播的物种;而得以幸存的物种,往往是增加疾病传播的物种,例如西尼罗河病毒、莱姆疏螺旋体及汉他病毒。[96]
地球上饮用水的需求不断增长,而水资源却愈见缺乏,对未来人类健康形成一大挑战。部分原因在于供水商与保护水资源团体之间的拉扯,持续增加供水量以及保护水资源如何取舍。[97]此外,虽然清洁水的配额有所增加,但是在世界某些地方还是有分配不公的情形。根据世界卫生组织2018年的调查,全球只有71%人口的饮水安全有经过妥善处理。[98]
其他受生物多样性影响的人类健康问题,还有饮食健康、营养安全、传染病、医学和医药资源、社会及心理健康。[99]众所周知,生物多样性对于减少灾害风险、灾后援救及恢复工作,都发挥着重要作用。[100][101]
根据联合国环境规划署的说法,某种病原体(例如病毒)在人种多样化的人群中遭到抵抗的机会较高。换句话说,在基因相近的人群中,病原体比较容易蔓延。以COVID-19大流行来说,在人种多样性较高的地区染病的机会较小。[102]
生物多样性也是发现新药物与供给药物资源的重要后援。[103][104]大部分药物都是直接或间接地从生物衍生而来:美国市场上至少50%药物化合物衍生自植物、动物和微生物,而世界上约80%人口的初级保健都直接仰仗天然药材(无论是现代医学或传统疗法)。[93]野生物种的医学潜力被加以研究的只有一小部分。生物多样性对于整个仿生学领域的进步相当重要。市场分析及生物多样性科学的证据显示,1980年代中期以降,制药产业的产量下降可以归因于药物生产已经从采集天然产物(生物探勘)转向基因组学及化学合成,由于生物探勘的开发成本可能高于尚待发现的药物价值,这一点的确可能难以激励公司在自由市场上寻找药物来源[105];不过天然产品对于当前经济命脉及健康发展所提供的建树还是历史悠久不容抹煞。[106][107]海洋生态系统特别重要,[108]不恰当的生物探勘会让生物多样性减损加剧,采集资源时也容易违反当地的法律。[109][110][111]
许多工业材料都直接产自生物来源,包括建材、纤维、染料、橡胶及油品。要确保水、木材、纸张、纤维和食物等资源的安全,生物多样性也很重要。[112][113][114]从后果来看,生物多样性减低是企业发展的重要风险因子,也会威胁到长期经济永续发展。[115][116]
生物多样性让休闲活动更具看头,诸如赏鸟或自然史研究等。还有许多受人们欢迎的活动(如园地栽培及水族饲养)也很依赖于生物多样性。这些活动所涉及的物种数以万计,但其中大多数还没有被开发出商业利益。
孕育著奇珍异兽奇花异草的原始自然区,与商业收藏家、供应商、育种传播者,以及促进人们对珍稀生物之理解及品味的人,三者间关系复杂且不足为外人道也。大众如何看待稀有生物往往反映了人们的内在价值。
用哲学角度来思考,对人类而言,生物多样性自身就有本质上的美学和精神价值。这种想法可以让人们在评估热带雨林和生态领域为什么值得保护时,除了考虑对人类有什么用处外,还有其他选项可以平衡意见。[117]
生物多样性支持许多生态系统服务:
“现在有明确的证据显示,生物多样性减损会导致生态群落在获取生理必需资源、产出生物量、以及分解回收生物必需营养素时的效率下降。越来越多的证据表明,随着时间流转,生物多样性使生态系统功能更加稳定;生态多样化的群落其生产力更高,因为含藏着对生产力颇具影响力的关键物种;生物体彼此间功能性状的差异可增加总体资源收获量;多样性减损对生态循环过程的影响甚钜,堪比全球驱动因素对于环境变化的冲击;相较于在单一时间地点来维持某个生态循环系统,要在多个地点及不同时间维持许多的生态系统循环,需要更高等级的生物多样性。”[64]
生物多样性有助于调节大气和供水的部分化学作用,并直接关系着水净化、养分循环和沃土补给。从人们控制环境的实验来看,要建立生态系统来满足人类的需求实属困难;[118]例如几乎无法模仿昆虫授粉的过程,就算试着用无人航空载具来当作人工授粉媒介好像也帮不上忙。[119]2003年,光是授粉相关经济活动的产值就上看146亿美元。[120]
Mora团队所记录及预估的物种总数( 2011年)[121] | ||||||
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物种 | 陆地 | 海洋 | ||||
已编入目录 | 预估 | 平均值
标准误差 |
已编入目录 | 预估 | 平均值
标准误差 | |
真核生物 | ||||||
动物界 | 953,434 | 7,770,000 | 958,000 | 171,081 | 2,150,000 | 145,000 |
色藻界 | 13,033 | 27,500 | 30,500 | 4,859 | 7,400 | 9,640 |
真菌界 | 43,271 | 61,100 | 297,000 | 1,097 | 5,320 | 11,100 |
植物界 | 215,644 | 298,000 | 8,200 | 8,600 | 16,600 | 9,130 |
原生动物界 | 8,118 | 36,400 | 6,690 | 8,118 | 38,400 | 6,690 |
小计 | 1,233,500 | 8,740,000 | 1,300,000 | 193,756 | 2,210,000 | 182,000 |
原核生物 | ||||||
古菌域 | 502 | 455 | 160 | 1 | 1 | 0 |
细菌域 | 10,358 | 9,680 | 3,470 | 652 | 1,320 | 436 |
小计 | 10,860 | 10,100 | 3,630 | 653 | 1,320 | 436 |
总计 | 1,244,360 | 8,750,000 | 1,300,000 | 194,409 | 2,210,000 | 182,000 |
根据Mora及其同事的评估,陆地物种的总数约为870万,而海洋物种的数量要少得多,约为220万。其中真核生物估计值应该相当可信,但是原核生物估计值可能只达到实际数量的下限。[121]其他估计数字如下:
- 海洋物种:70万~100万种。[123]
- 细菌:500万~1,000万个。[126]
- 螨:100万种。[129]
- 微生物的物种数量尚不清楚,但2004年至2006年启动的“全球海洋采样调查”计划(GOS),从不同海洋地区近地表的浮游生物样本中鉴定出大量新基因,明显地提升了基因多样性的估计值。[130]这些科学发现最终可能会导致物种定义及其他的分类学方式产生重大变化。[131][132]
由于灭绝速度已经加快,许多现存物种可能在被加以描述前就灭绝了。[133]不出所料,动物界中被研究最多的种群是鸟类和哺乳动物,研究最少的是鱼类和节肢动物。[134]
靠经验来测量生物多样性有很多种客观方法,每个测量涉及特定的数据使用方式,并可能与基因的多样性有关。生物多样性的测量方式,通常以某个地理区域在某段时间内生物分类学上的丰富度为准。
终于我们不需要再证明热带雨林之所以有必要存在,是因为林中或许有能治疗人类疾病的药草;盖亚假说让人无法忽略热带雨林所给予的远远不止如此。雨林拥有蒸发大量水蒸气的能力,树冠上佩戴着白色云朵能反射阳光,仿佛遮阳伞可以保持地球凉爽。雨林如果全部变成耕地,恐怕马上会引起全球大灾难。
— James Lovelock,《生物多样性》(E. O. Wilson 编著)[135]
上个世纪开始,人们越来越常观察到生物多样性减少的情形。 2007年德国联邦环境部长西格玛·嘉布瑞尔引用数据,说到了2050年将有多达30%的物种灭绝,[136]每年有高达14万种的物种消失(基于物种面积理论),[137]其中包括大约八分之一的已知植物物种。[138]这些数字说明了生态在实务上是不可能永续发展的,因为每年灭绝的物种太多,而新发现的物种太少。几乎所有科学家都认同目前物种减少的速度是人类历史上最剧烈的,比背景灭绝率要高出数百倍,[138][139][140]预计在未来几年还会增加。[140][141][142]至2012年止,研究发现25%哺乳动物物种可能在20年内灭绝。[143]
从绝对数字来看,世界野生动物基金会2016年的研究指出,1970年以来地球已经失去了58%的生物多样性。[144]〈2014年地球生命力报告〉说“全球哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类的平均数量,大概只剩40年前的一半”。消失的野生物种中,陆地动物占39%,海洋动物占39%,淡水动物占76%。拉丁美洲的生物多样性损失最大,下降了83%。高收入国家的生物多样性虽然增加了10%,却被低收入国家的损失所抵消。哪怕高收入国家投入生态的资源是低收入国家的五倍,情况依旧严峻,因为富裕国家将资源枯竭问题转嫁给较贫穷国家,结果就让较贫穷国家的生态系统蒙受巨大损失。[145]
2017年发表在《公共科学图书馆:综合》(PLOS One)上的研究发现,过去25年间德国的昆虫生物质下降了四分之三。[146]萨塞克斯大学的Dave Goulson团队研究发现,人类“正在开发大片土地的方式,似乎对大多数生命的存活并不友善,于是人类目前仿佛也置身于生态末日浩劫中。昆虫如果消失,万物将会崩逝。”[147]
世界野生动物基金会2020年发布的报告说“生物多样性正以人类史上前所未见的速度遭受破坏”。1970年至2016年间,人类考察过的物种种群有68%遭到摧毁。[148]
有许多物种在2006年被正式列为稀有种、濒危物种或受威胁物种;另外估计还有数百万的物种也处于危险之中,只是尚未被正式认证。依照《国际自然保护联盟濒危物种红色名录》标准所评估的40,177个物种中,2006年约有40%被列为濒临灭绝的物种,总共有16,119种。根据2022年的定义及标准,受威胁物种—即被列为极危(CR)、濒危 (EN)或易危(VU)的物种—已增加至41,459种,占了《IUCN红色名录》已评估物种的28%;[150]但是IUCN 2022年所评估的物种总数,仅仅占了全球已编入目录之物种总数的7%,换言之,《红皮书》尚未评估的1,983,982个物种中究竟有多少是受威胁的,很难一望而知。[151]生物多样性丧失的五个主要驱动因素是:栖息地丧失、入侵物种、过度开发(竭泽而渔、焚林而猎带来的生存压力)、污染及气候变迁。IPBES研究指出,造成全球自然变化的最大直接驱动因素,依照影响程度由大至小排列为:土地及海洋利用改变、直接利用生物体、气候变迁、污染、外来入侵物种。[152]
《枪炮、病菌与钢铁》的作者贾德·戴蒙把栖息地破坏、过度捕捞、外来物种和二次灭绝形容成“邪恶四重奏”。[153] E.O.威尔逊则喜欢用首字母缩略字HIPPO(河马的英文俗称)来指代栖息地破坏(Habitat destruction, )、入侵物种(Invasive species)、污染(Pollution)、人口过多(human over-Population)及过度捕捞(Over-harvesting)。[154][155]
根据国际自然保护联盟(IUCN)的研究,直接对生态保护造成威胁的主要有11类[156]:
- 居住和商业开发
- 农业活动
- 能源开发和采矿
- 交通与服务廊道
- 服务廊道(电线、电话线、渠道渡槽、石油和天然气管道)
- 运输廊道(公路、铁路、水上航线和飞行航线)
- 与使用廊道的交通工具发生碰撞
- 相关事故和灾难(漏油、触电、火灾)
- 利用生物资源
- 人类的活动及侵入对栖地及物种展现自然行为所造成的改变、破坏及直接打扰
- 休闲活动(越野车、快艇、水上摩托车、雪地摩托车、超轻型飞机、潜水船、赏鲸、越野自行车、徒步旅行者、观鸟者、滑雪者、进入休闲区的宠物、临时营地、洞窟探险、攀岩)
- 战争、内战和军事演习(武装冲突、雷区、坦克和其他军用车辆、训练演习和靶场、生化武器测试、火力测试)
- 非法活动(走私、移民、破坏公物)
- 改造自然系统
- 入侵及有危害的物种、病原体和基因
- 污染
- 生活污水(生活污水未经处理、污水处理场运作不当导致的污染排放、化粪池、旱厕、道路上的油或脏污沉淀、草坪及高尔夫球场使用的肥料及杀虫剂、路盐)
- 工业和军事废水(来自工厂的有毒化学品、非法倾倒化学品、矿山尾矿、金矿开采时的砷污染、汽油桶渗漏、河流沉积物之多氯联苯)
- 农业和林业废水(肥料径流带来的养分负荷、除草剂径流、饲养场粪便、水产养殖营养剂、土壤侵蚀)
- 垃圾和固体废物(都市固体废物、垃圾和废物倾倒、来自休闲船只的漂浮物和抛弃物、缠绕野生动物的废物、建筑垃圾)
- 空气传播的污染物(酸雨、车辆排放废气、过量的氮沉积、辐射尘、农田的污染物或沉积物随风飘散、森林火灾或烧柴炉所产生的烟尘)
- 过剩的能量(高速公路或飞机带来的噪音、潜艇声纳会干扰鲸鱼、发电厂散热水、灯具吸引昆虫、沙滩灯使海龟迷失方向、穿过臭氧层破洞的紫外线辐射)
- 灾难性地质事件
- 气候变迁
主条目:栖息地破坏
破坏栖息地对物种灭绝的影响甚钜,特别是破坏热带雨林。[157]危害栖息地的因素有:过度消耗、人口过多、土地利用方式改变、森林砍伐[158]、污染(空气污染、水污染、土壤污染)和全球暖化或气候变迁。[159][160]
栖息地大小和物种数量的关系是系统性的。体型较大的物种以及生存在低纬度地区、森林或海洋中的物种,对栖息地面积减少更敏感。[161]转型成“均一”标准化生态系统(例如,砍伐森林后的单一耕作)彻底地破坏了原本孕育著多样化物种的栖息地。哪怕是最简单的农业形式—清理土地、排干水分、抑制杂草、防治害虫以及只培育少样驯化作物或动物—都会损害生物多样性。有些国家对财产权的规范[162]、法规宽松及执法怠惰都加重了森林砍伐及栖息地破坏的情形。[163]
美国国家科学基金会2007年进行的研究发现,生物多样性和基因多样性是相互依存的——维持物种之间的多样性就是维持物种内的基因多样性,反之亦然。“如果从生态系统中消除某类物种,那么系统循环可能就会中断,并由单一物种主导整个生态群。”[164]根据2005年千禧年生态系统评估,目前最受威胁的生态系统主要都生存在淡水中。全球生物多样性资讯机构和法国国家永续发展研究所 (页面存档备份,存于互联网档案馆)(MNHNP)合作的“淡水动物多样性评估”也证实了这个说法。[165]
栖息地破坏也会造成“共同灭绝”,即某个物种与其他物种一损俱损的状况,例如甲虫及其摄食或寄生的植物。[166]
2019年的报告揭露,英国原本的蜜蜂和其他授粉昆虫栖息地,已经有将近四分之一再也不见它们的踪影。自1980年代以来,英国大约有三分之一的蜜蜂和食蚜蝇的数量遽减,严重影响生物多样性及粮食生产。工业化农业、扩大使用杀虫剂、疾病、入侵物种和气候变化,正在威胁昆虫们及其撑持之农业的未来。[167]另一份研究则说,如果再不阻止栖息地破坏、农药毒害、入侵物种和气候变化等人类活动,破坏昆虫多样性的速度,50年内整个生态系统将会崩溃。[168]