為地球生命稱(chēng)重

徐寧

地球上所有的樹(shù)共計(jì)多重？怎么才能知道地球上每種生物各自的總質(zhì)量？如果我們想要清點(diǎn)每個(gè)物種的重量，這幾乎是不可能完成的工作。然而，以色列科學(xué)家榮恩·米羅卻完成了這個(gè)看似不可能的任務(wù)。

2017年，米羅向美國(guó)國(guó)家科學(xué)院遞交了一份研究報(bào)告：他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在綜合分析了數(shù)百份前人的研究成果后，以生物體內(nèi)的碳含量為標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)出了地球上各種生物的大致生物量。碳是地球上所有生命的標(biāo)志性元素，組成了包括蛋白質(zhì)和DNA等生命原料，因此統(tǒng)計(jì)碳含量能準(zhǔn)確體現(xiàn)生物量。

生物比重量，人類(lèi)僅占0.01%

生物量的規(guī)模是巨大的，一般都在吉噸級(jí)（1吉噸=10億噸）。如果把全球的動(dòng)植物、細(xì)菌、真菌等所有生物體內(nèi)的碳元素全部相加，總生物量為550吉噸碳。別看地球上生活著76億人，但人的生物量?jī)H為0.06吉噸碳，只占總生物量的0.01%，和全世界所有的白蟻一樣重。如果這世界上有一個(gè)巨大無(wú)比的天平，一側(cè)托盤(pán)上能容納全世界76億人，那么在天平的另一側(cè)托盤(pán)上全世界所有細(xì)菌落下的瞬間，我們?nèi)祟?lèi)會(huì)立刻被猛然翹起的托盤(pán)彈飛。因?yàn)榈厍蛏纤屑?xì)菌的生物量是人類(lèi)的1166倍，兩者的生物量差了三個(gè)數(shù)量級(jí)。

包括哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物等在內(nèi)的所有動(dòng)物的總生物量為2吉噸碳，其中昆蟲(chóng)、蜘蛛等節(jié)肢動(dòng)物1吉噸碳，魚(yú)類(lèi)0.7吉噸碳。動(dòng)物界在總生物量中的比例可以說(shuō)是微不足道的，因?yàn)槲⑸锏纳锪看蟠蟪^(guò)動(dòng)物：原生生物4吉噸碳、古菌7吉噸碳、真菌12吉噸碳。微生物中生物量最大的域是細(xì)菌，共計(jì)70吉噸碳，占所有總生物量的13%，在所有生物中排名第二。地球上生物量最高，當(dāng)之無(wú)愧的生物界霸主是植物，生物量達(dá)450吉噸碳。

陸地植物生物量和海洋的有機(jī)物生產(chǎn)量

盡管海洋占了地球表面積的71%，但世界上絕大多數(shù)生命生活在陸地。海洋生物總碳量?jī)H為6吉噸碳，和陸地生物總碳量470吉噸碳一比，差了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。兩者生物量之所以如此懸殊，陸地的植物無(wú)疑是最大的功臣。

盡管如此，科學(xué)家卻驚訝地發(fā)現(xiàn)：海洋和陸地的有機(jī)物生產(chǎn)量幾乎是相等的。相比陸地植物450吉噸的生物量，海洋中生產(chǎn)者的生物量?jī)H為1吉噸碳，而海洋中的魚(yú)類(lèi)等消費(fèi)者卻有5吉噸碳。這種奇怪的能量倒金字塔是否顛覆了能量在不同級(jí)間傳遞的規(guī)律？其實(shí)，之所以出現(xiàn)這種底小項(xiàng)大的生物量結(jié)構(gòu)，是因?yàn)槲挥诤Ｑ笫澄锝鹱炙撞康母∮紊锷鼧O短，很容易被更高級(jí)的動(dòng)物吞食，而魚(yú)類(lèi)等海洋中的消費(fèi)者壽命一般較長(zhǎng)。所以短期統(tǒng)計(jì)會(huì)造成底小頂大的假象，但長(zhǎng)期看來(lái)，單位時(shí)間海洋中的浮游生物生產(chǎn)量還是大于消費(fèi)者生物量的，所以，海洋生物金字塔依然是底部能量大于頂部的。

人類(lèi)對(duì)全球生物總量的影響

人類(lèi)文明歷史雖然不長(zhǎng)，卻對(duì)全球生物總量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在“第四紀(jì)滅絕事件”（5萬(wàn)年前～3000年前）中，半數(shù)體重超過(guò)40千克的陸地哺乳動(dòng)物滅絕，其中最重要的影響之一便是人類(lèi)活動(dòng)（其他包括疾病、氣候變化等）。

人類(lèi)對(duì)全球生物量帶來(lái)的第二個(gè)重要影響是馴化野生動(dòng)植物。人類(lèi)祖先馴化了某些特定品種的動(dòng)物成為家畜（牛、豬為主）、家禽（雞為主），也選育出了一些糧食作物。今天，人類(lèi)飼養(yǎng)的家畜的生物量約為0.1吉噸碳，是野生哺乳動(dòng)物生物量的15倍。人類(lèi)和家畜的生物量加在一起占哺乳動(dòng)物總生物量的96%，野生哺乳動(dòng)物僅占4%。在鳥(niǎo)類(lèi)世界，也是馴化種大大超過(guò)野生種：家禽生物量是野生鳥(niǎo)類(lèi)生物量的近3倍。人類(lèi)種植的農(nóng)作物生物量也極其巨大。據(jù)2017年至今的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球每年生產(chǎn)谷物毛重2.6吉噸，主要是小麥、水稻、大麥和玉米。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的偏差

隨著分析更加深入，米羅發(fā)現(xiàn)，這數(shù)百份研究報(bào)告暴露出來(lái)的一個(gè)問(wèn)題：我們對(duì)生物量的估計(jì)都基于我們能夠發(fā)現(xiàn)的樣本數(shù)量，而不同生物的數(shù)量統(tǒng)計(jì)難度也是不同的。樹(shù)木靜止不動(dòng)，便于統(tǒng)計(jì)數(shù)量：而大多數(shù)動(dòng)物沒(méi)有永久固定的棲息地，它們幾乎一生都在為了食物和交配遷徙。要統(tǒng)計(jì)一個(gè)區(qū)域的陸生節(jié)肢動(dòng)物、細(xì)菌、原生生物和病毒的數(shù)量，再大量的采樣也是不夠的，科學(xué)家基本上只能猜測(cè)個(gè)大概。

因此，研究所得出的數(shù)據(jù)存在不確定性。米羅分別估計(jì)了每個(gè)大類(lèi)的不確定性，植物的實(shí)際生物量可能為研究結(jié)論的1.2倍，病毒的實(shí)際生物量可能是研究結(jié)論的20倍。對(duì)于實(shí)際總生物量，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為可能在研究結(jié)論的1.7倍以?xún)?nèi)。

人類(lèi)雖然只占地球總生物量的0.01%，卻大大影響了地球動(dòng)植物的種類(lèi)和規(guī)模。米羅認(rèn)為，牲畜和野生動(dòng)物在生物量上的天壤之別表明人類(lèi)獲取食物的方式也能影響地球物種構(gòu)成。對(duì)地球上各個(gè)物種生物量的統(tǒng)計(jì)，也標(biāo)志著人類(lèi)對(duì)地球生命圈理解更加深入。

（責(zé)任編輯王川）

從太空測(cè)繪林冠

為什么衛(wèi)星要向地球上的森林發(fā)射激光？其實(shí)，這是美國(guó)宇航局全球生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)查激光雷達(dá)（簡(jiǎn)稱(chēng)GEDI）在對(duì)地球植被做普查。通過(guò)記錄激光從發(fā)射到返回的間隔和強(qiáng)度，科學(xué)家可以了解地面樹(shù)木等植被的高度和密度，以及總林冠（樹(shù)木離地樹(shù)冠的總體）范圍內(nèi)葉片與枝條的垂直分布。這種調(diào)查方法能夠建立關(guān)于森林的高精度三維模型。

森林不但為許多生物提供棲息地，也是重要的工業(yè)原材料來(lái)源地，更是地球碳循環(huán)的重要一環(huán)。砍伐森林、森林退化、林火和蟲(chóng)災(zāi)爆發(fā)大大增加了進(jìn)入大氣的二氧化碳量。因此，了解森林的長(zhǎng)期生長(zhǎng)規(guī)律有助于人們更好應(yīng)對(duì)氣候變化。GEDI是人類(lèi)首個(gè)專(zhuān)門(mén)用于“森林碳內(nèi)容”測(cè)繪的空間儀器，能直觀地顯示出森林的儲(chǔ)碳總量，通過(guò)與其他衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，科學(xué)家能及時(shí)了解森林結(jié)構(gòu)、森林功能，甚至是全球碳循環(huán)的變化。