生物大灭绝先渐进后突然 生态系统崩溃会非常迅速

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发布日期:2017年06月20日 所属分类:新知

在美国地质学会年会上,美国古生物学家道格·欧文(Doug Erwin)走上讲台,向与会的地质学家们展示物种灭绝和电网故障的不同动态图,他称二者都是以同样方式展开的。

生物大灭绝先渐进后突然 生态系统崩溃会非常迅速

停电前的卫星图像,美国东部时间2003年8月13日晚上9:21美国国家海洋大气局(NOAA)卫星拍摄的停电前的美加情况。

生物大灭绝先渐进后突然 生态系统崩溃会非常迅速

停电期间的卫星图片,美国东部时间2003年8月14日晚上9:03的卫星图片。

生物大灭绝先渐进后突然 生态系统崩溃会非常迅速

2003年停电的影响范围

欧文展示了美国东北部多座大城市夜间的卫星图片,他说:“这些都是NOAA网站上有关2003年美国大停电事件的图片。有些是停电前20小时拍摄的,你可以看到长岛和纽约。有些则是停电后7个小时拍摄的场景,纽约几乎完全陷入黑暗。停电一直延伸到多伦多,囊括密歇根州和俄亥俄州,覆盖了加拿大和美国的大片地区。在很大程度上,此次事件是俄亥俄州某个控制室的软件故障造成的。”

欧文是二叠纪末物种大灭绝事件的世界级专家之一。这次事件发生在2.52亿年前,巨大的火山喷发几乎抹去了地球上的所有生命。欧文指出,地球上的大规模物种灭绝事件可能像这些电网故障那样发生:大部分损失可能并非源自最初的打击,比如软件故障导致电网故障,小行星撞击或火山喷发导致大量生物死亡等,而是随之而来的次级灾难。这些毁灭性的连锁反应至今还没有人能完全理解。

欧文认为,地球历史上大多数物种灭绝事件导致地球上大多数物种死亡并非来自外部冲击,而是来自内部,比如食物网断裂以及附加灾难所致,就像2003年出现在美国东海岸的阴霾。欧文说:“尽管事实上这类崩溃事件应该很容易就被控制住,但我们还不清楚该如何应对它,以至于其演变成了横跨整个美国东北部的电网故障。我之所以提到这一点,是因为从数学的角度来看,理解这些食物网问题与理解电网性质是完全相同的问题。在这些大规模的灭绝过程中,生态系统的崩溃非常迅速。”

我(注:本文原作者)曾写信给欧文,让他接受当代的观点,即目前地球上正在发生第六次物种大规模灭绝事件,它与动物生命史上所谓的“五大灭绝事件”不分上下。许多科普文章都介绍了这种理论,认为正是因为人类的傲慢和短视,以至于整个地球都在成为人类的陪葬品。

鉴于千百年来,人类已经对自然界造成了严重伤害,我发现这样的想法非常有吸引力,许多地质学家和古生物学家都是它的支持者。事实上,我们对毁灭已经如此熟悉,甚至将其几乎等同于文明的同义词,以至于我们往往忽略了我们所创造的世界正变得多么的陌生。

按理说,直到最近,地球上所有脊椎动物都是野生动物。但令人震惊的是,今天的野生动物只占地球上陆地动物的3%,而人类、家畜以及宠物则占剩下的97%。这个怪异的生物圈既是由于工业农业的爆发所致,也是野生动物数量骤减所影响。自1970年以来,野生动物的数量已经减少了50%。第六次大灭绝来自于人类的直接狩猎和全球规模的栖息地被破坏:几乎近半土地被转换成农田。

在过去的几十年里,随着工业在二战期间出现爆发式增长,海洋也经历了类似的转变。每年拖网渔船会将相当于美国大陆面积的海底“清理”两次,导致海底生物受到严重影响。珊瑚和海绵形成的花园容纳了丰富多彩的海洋生命,但它们如今却变成毫无生气的平原。自从1950年以来,这些渔船对所有大型海洋掠食动物进行大量捕捞,从而产生巨大破坏性,包括鳕鱼、左口鱼、石斑鱼、金枪鱼、旗鱼、马林鱼以及鲨鱼等都成为我们熟悉的盘中餐。为了获得无味的鱼翅,每天有27万条鲨鱼被杀死。

如今,即使捕捞压力在上升,渔船数量在增加,甚至拖网渔船放弃日益枯竭的传统渔场追逐越来越远的鱼群,鱼群探测技术也变得越来越复杂,全球捕鱼量依然没有明显提高。自从20世纪80年代以来,在靠近岸边的地方,作为海洋生物多样性源泉的珊瑚礁已经减少了1/3。

这些“水中天堂”都被过度捕捞,污染以及侵蚀所困扰,但至少5亿人依靠它们提供食物、工作以及躲避风暴,他们中的许多人都是生活在发展中国家的穷人。就像过去的几次珊瑚礁崩塌事件那样,现代珊瑚礁预计将在本世纪末因气候变暖和海洋酸化而崩溃,而且时间可能更早。在1997年到1998年,世界温度曾创造历史最高, 全球15%的珊瑚礁死亡。在过去几个月里,大堡礁也发生了类似的死亡浪潮,而这绝不会是最后一次。

所以不管我们研究什么地方,事情看起来都不那么好。的确,动物世界里的受害者包括可怕的顶级掠食者,它们能对人类构成明显的威胁,比如狮子,但它们的数量正急剧减少,耶稣时代的狮子有100万只,20世纪40年代减少至45万只,如今只剩下2万只,减少了98%。与此同时,也有许多出人意料的受害者,如蝴蝶和飞蛾,自20世纪70年代以来,它们的数量已经减少了35%。

像所有的灭绝事件一样,到目前为止,第六次大灭绝事件是分阶段进行的,跨越了几千年,从我们的祖先离开非洲就已经开始。埋藏在地球历史深处的其他大规模灭绝事件也同样发生在数万年甚至数十万年的时间里。对于未来的地质学家来说,几千年前的巨大灭绝浪潮始于“第一人”到达新大陆和偏远的群岛,这些与现代化释放的破坏潮息息相关。

当然,我们已经在“万神殿”中找到了自己的位置,那里与历史上所有最严重的生态灾难紧邻,即所谓的地球历史上五大灭绝事件。当然,我们“人类世”灭绝事件可以轻松代替以前灭绝事件的神像,包括奥陶纪、泥盆纪、二叠纪、三叠纪以及白垩纪灭绝事件。

欧文表示:“许多对当前局势和过去发生的大规模灭绝事件进行简单比较的人,在数据本质区别方面没有找到任何线索,对海洋化石记录的大规模灭绝究竟有多可怕更是所知甚少!更重要的是,我并未声称人类没有对海洋和陆地生态系统造成巨大的破坏,也没有否认发生过许多物种灭绝事件,而且在不久的将来还会有更多的物种灭绝。但我确实认为,作为科学家,我们有责任对它们进行准确对比。”

在每年的地质会议上,我都有机会与欧文坐下来聊聊。有传闻称,欧文曾担任科马克·麦卡锡(Cormac McCarthy)的大规模灭绝事件顾问,这个神秘的作者正在构建其著作《末日危途》(The Road)中的“后末日世界”。但在思考第六次大灭绝时,他认为其即将到来。

如果欧文的电网比喻是正确的,然后试图阻止大规模灭绝事件。这有点像建筑物正发生内爆时,有人惊呼要继续保存下它。他说:“那些声称我们正处于第六次大灭绝中的人们对大规模灭绝的理解不够,他们无法理解自己论点中的逻辑缺陷。在某种程度上,他们的主张都是恐吓人们采取行动的方式,事实上,如果我们正处于第六次大规模灭绝中,那么保护生物学就没有意义了。”

这是因为到了大规模灭绝开始的时候,世界就已经结束了。我问道:“所以,如果我们真的处于大规模灭绝的中心,不仅仅是拯救老虎和大象的问题?”欧文回答说:“的确,你可能不得不担心拯救土狼和老鼠。这是网络崩溃的问题,就像电网一样。网络动力学研究已经获得DARPA(国防高级研究计划署)的大量资金扶持。物理学家们在研究它,他们不关心电网或生态系统,他们只关心数学。所以关于电网的秘密是,没有人知道它们是如何工作的,这和你在生态系统中所遇到的问题完全一样。

欧文还说:“我认为,如果我们能把事情维持得足够久,即使我们将面临大规模灭绝,但我们可能也不会大规模灭绝,我认为这是一种乐观的发现,因为这意味着我们确实有时间避免世界末日。”。

欧文的另一个观点是,迄今为止,地球上五大物种灭绝事件的剧烈程度都让人类的破坏相形见绌,这是最微妙的地方。他并没有试图淡化人类造成的巨大破坏,而是提醒我们,关于大规模灭绝的说法必然需要大量古生物学和化石记录。欧文说:“所以有人估计19世纪鸽子的数量有多少。就像50亿只,它们会遮蔽天空。”

旅鸽作为“第六次大灭绝的吉祥物”,它们幸免于大规模生态灾难,并证明了人类的地质破坏力不容小觑。他说:“然后你会问:在非考古学背景下,有多少只鸽子化石?有多少旅鸽的化石记录?”我主动问道“不多吗?”他说:“只有两个。这是一种非常惊人的鸟,它们的数量非常庞大,但却被人类消灭了。但是如果你观察化石记录,你甚至不知道它们曾出现过。”

欧文喜欢回忆他曾经与某位生态学家的对话,后者曾在热带雨林中记录自己所看到的一切,那令他感到极度不安。欧文说:“他用这个例子来说明委内瑞拉这些云雾森林中的植物遭到严重破坏,所有这些都是完全正确的。问题是,在化石记录中找到一片云雾森林的可能性是零。”

化石记录通常都是非常不完整的。粗略的估计认为,我们只发现了所有曾经存在过的物种的0.01%。在化石记录中的大多数动物都是海洋无脊椎动物,如腕足类和双壳类动物,它们的地理分布非常广泛,而且骨架能够长久保存。事实上,虽然本文专注于大规模灭绝中消失的大型动物,但我们首先要知道,大规模灭绝的证据来自丰富、耐久以及种类繁多的海洋无脊椎动物化石,而不是体型巨大、魅力非凡、类似恐龙这样罕见的东西。

欧文指出:“你可能会问:‘好吧,迄今为止有多少分布广泛、数量丰富、持久的海洋类族群灭绝?’答案是相当接近零。”事实上,在最近的人类历史上,由诸如石珊瑚、两栖动物、鸟类和哺乳类等现代动物组成的最佳评估组中,有0至1%物种之间灭绝了。而二叠纪末大灭绝中,超过90%的地球物种灭绝。

当大规模灭绝事件发生时,不仅大型动物(如大象)或特殊的生态系统(像云雾森林)会遭到毁灭性打击,即使耐寒和无处不在的有机体(例如蛤、植物和昆虫)也无法幸免。这是令人难以置信的,但是一旦你越过边缘,翻转到大规模灭绝模式,没有什么是安全的。大规模灭绝几乎毁灭了地球上的一切。

生态系统会对此产生非线性响应,或称临界点到来。慢慢地步入大规模灭绝可能有点儿像迈入黑洞边界,一旦你越过特定的界限,似乎界限根本未曾出现过,一切都会消失。换句话说,大灭绝可能以海明威(Hemingway)的《太阳照常升起》(The Sun Also Rises)中说明破产的相同形式展开:“两种方式:先是渐进的,然后是突然的。”欧文表示:“未来我们唯一的希望是,如果我们没有大规模灭绝事件该多好!”(网易科学人栏目组编译/译者:小小)

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