海洋更大 为何造出的生物不如陆地上更多更精彩?

2017-07-24 00:02:31 来源: 网易科学人 举报
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植物肯定发挥着主要作用。地球从海洋生命占主导到陆地生命占主导的转折点大约出现在1.25亿年前的白垩纪时期,当时早期的开花植物在陆地上进化得非常成功。植物需要阳光来进行光合作用,但在浅海岸地区以外的海洋中很少有阳光。出于这个原因,与寒冷、黑暗的海洋深处相比,陆地上的生产力显然更高。

出品|网易科学人栏目组

译者|小小

地球表面的大部分都被海洋覆盖,生命也诞生于海洋中。然而,海洋生命仅占世界上所有生命物种的15%,它们的体型更大,这到底是为什么?

海洋更大 为何造出的生物不如陆地上更多更精彩?

在5亿年前的地球上,寒武纪生命大爆发后诞生了无数惊人的新物种,然而陆地上仍然没有生命。没有复杂的生命形态,没有植物,没有动物,当然生命多样性更无法与海洋相提并论。当时的海洋中有三叶虫、甲壳动物、种类繁多的蠕虫以及类似鱿鱼的生物。今天大多数主要的生物族群都起源于这个时期的海洋。

时间快速推进到现代,如今陆地上出现无数让人眼花缭乱的物种,特别是开花的植物、真菌和昆虫。据估计,目前陆地物种的数量是海洋物种的5倍。那么,尽管海洋是生命诞生之地,同时其所占面积远超陆地,为何海洋生物多样性远远落后于陆地呢?

为什么生活在陆地上的物种多样性会远超海洋?这是个长期困扰生物学家的问题。牛津大学的生态学家罗伯特·梅(Robert May)与同事里克·格罗斯伯格(Rick Grosberg)在1994年题为“生物多样性:陆地和海洋的差异(与讨论)”中,首次提及这个问题。自那以来,这个问题已经持续了20多年,即使人类对海洋的探索越来越多,但依然没有确切答案。

科学家现在估计,地球有80%的物种生活在陆地上,而海洋中仅为15%,剩下的5%生活在淡水中。他们不认为这种差异完全是陆地被更好地开发的结果。研究陆地与海洋生物差异性的海洋生态学家和生物学家吉拉特·维莫基(Geerat Vermeij)表示:“有越来越多的在海洋物种,但要弥补这种差异可能需要付出巨大代价。”

这样看来,海洋多样性的缺乏不仅仅是我们对陆地生物的偏爱。维莫基等人作为海洋研究人员,非常敏锐地意识到这种偏见。那么,陆地对于支持生物多样性的能力于海洋有何本质不同呢?梅和其他人提出的一个理由是,陆地栖息地的物理布局可能更加支离破碎,更加多样化。

举例来说,查尔斯·达尔文(Charles Darwin)在加拉帕戈斯群岛的记录显示,这个群岛是多样化的温床。随着时间的推移,自然选择甚至可以把两个岛屿上相同物种的不同族群变成截然不同的物种。与之相反,海洋是一个巨大的相互连接的水体,迫使相同族群分开的物理障碍更少。此外,它也不像陆地上有没有那么多的温度极限,导致生物多样化。引用梅的术语来说,陆地可以“建造出精品”。例如,森林覆盖了地球上很大的陆地,而树木的叶子和树干形成了新的生态环境。当然,海洋中的珊瑚也起到同样的作用,但它们并没有覆盖海底那么多。

植物肯定发挥着主要作用。地球从海洋生命占主导到陆地生命占主导的转折点大约出现在1.25亿年前的白垩纪时期,当时早期的开花植物在陆地上进化得非常成功。植物需要阳光来进行光合作用,但在浅海岸地区以外的海洋中很少有阳光。出于这个原因,与寒冷、黑暗的海洋深处相比,陆地上的生产力显然更高。

最近在奥克兰大学发表海洋生物多样性概览的海洋生物学家马克·科斯特洛(Mark Costello)表示:“深海基本上就像个大冰箱,而且门已经关上很长时间。”当然,深海中的确存在有生命,但远不及阳光灿烂的海岸和陆地上多。

科斯特洛指出,有趣的是,开花植物多样化后,陆地生产力的提高似乎也促进了海洋多样性的增加。以花粉为例,它是深海海底重要的食物来源。最近的一项研究发现,来自新西兰松树种植园的花粉,最终甚至可以到达距离太平洋表面以下上万米的海沟中。

开花植物的多样化也与昆虫的共同进化有关。举例来说,植物进化出类似长管的植物特征,只有为它们授粉的长舌蜜蜂能够接触到。科斯特洛说:“这是植物和昆虫之间的一场大竞赛。”这种共同进化帮助创造了惊人数量的物种:地球上绝大多数植物都是开花植物,地球上绝大多数动物都是昆虫。据估计,昆虫占了地球上所有物种总数的80%。

然而,在陆地上如此成功的昆虫在海洋中种类和数量却都十分有限。维莫基及其同事在水和空气为介质的环境下,追踪小动物缺乏多样性的差异。他们发现,像昆虫这样的小动物,在水中移动比在空气中更困难,因为其密度更大。交配气味和视觉信息也不能通过水传播,这限制了推动多样化的性选择潜力。性选择驱动了看似不可能但却有益的性征,孔雀的尾巴就是最典型的例子。

借鉴理查德·斯特拉斯曼恩(Richard Strathmann)的工作,维莫基和同事还试图解释,为什么像开花植物和昆虫之间的关系不存在于海洋中。海水中充满了浮游动物等潜在的食物来源,而在假想中的海洋花之间移动时,海洋生物会遇到大量的漂浮在里面的食物。那它们为什么还要游到另一朵花附近?另一方面,昆虫在花朵之间飞行需要携带蜂蜜,而且它们会在空中飞行,而空气中没有漂浮的食物。这就是进化的结果:假想的海花必须提供更多的花蜜来吸引传粉者,因为它们可以处于懒洋洋的状态,靠地吃漂浮的食物为生。而要在奔波中寻找食物,对于海洋生物来说是不值得的。

就像任何涉及地球上所有生命史的问题一样,运行实验来证明任何这些可能的解释都是不太可能的。相反,这些都是理论性的猜测。当梅和他的同事在1994年提问:为什么陆地上的生物多样性远超过海洋时,他们提出了许多可能的答案。不过,他们也承认,这会产生更多的疑问,而非答案。

郭浩 本文来源:网易科学人 责任编辑:郭浩_NT5629
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