Emmett Duffy是一名海洋生物學(xué)家，此刻他正身處巴拿馬沿岸水域5米深處，他的目光被一大只黃白色刺魨吸引。要不是躲在巨大的樹枝狀鹿角珊瑚下，移動(dòng)緩慢的刺魨本來應(yīng)該是捕食者的首要目標(biāo)。
這個(gè)場(chǎng)景讓Duffy突然靈光一閃，他曾經(jīng)去過加勒比地區(qū)，那里的珊瑚更豐富也更多樣，但個(gè)頭比較小，生活在那里的魚兒個(gè)頭也小。而在博卡斯德爾拓群島這里，他看到各種大型魚類在鹿角珊瑚里穿行。“這些大魚大量繁盛的原因，正是它們有地方可以躲藏。”Duffy說道。
與刺魨的巧遇喚起了Duffy腦海中一個(gè)存在已久的想法：生態(tài)系統(tǒng)的健康程度可能不僅取決于物種的數(shù)量，還取決于物種特征的多樣性。這一概念又稱為功能特征多樣性，雖然Duffy已經(jīng)在其位于史密森學(xué)會(huì)德實(shí)驗(yàn)室中對(duì)此研究多年，但多停留在學(xué)術(shù)和抽象層面。
目前，這一概念在生態(tài)學(xué)家中日益流行。這里，生物多樣性不必局限于生態(tài)系統(tǒng)物種的數(shù)量，而物種的不同特征和功能對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)健康和恢復(fù)力同樣重要。
這種觀念轉(zhuǎn)變可能對(duì)生態(tài)學(xué)有很大影響。它可能也是了解和預(yù)測(cè)動(dòng)植物如何應(yīng)對(duì)氣候變化所必須的。功能多樣性也開始影響生態(tài)學(xué)家對(duì)生態(tài)保護(hù)的認(rèn)識(shí)，一些政府甚至開始將此納入管理政策。例如，伯利茲多年前就開始保護(hù)鸚嘴魚免于過度捕撈，不僅是因?yàn)樗鼈兊臄?shù)量在減少，還因?yàn)檫@種魚對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的重要功能：它們可以清理珊瑚上的藻類，并對(duì)暗礁的生存至關(guān)重要。
阿根廷國家科學(xué)與技術(shù)研究理事會(huì)（CONICET）生態(tài)學(xué)家Sandra Díaz表示，“只關(guān)注物種數(shù)量并不能讓我們?nèi)媪私庹鎸?shí)世界如何運(yùn)作。”
然而，“特征”的定義卻依然有所爭(zhēng)議，而且，在缺乏特征和生物多樣性數(shù)據(jù)的情況下，這一方法所指示的任何方法都不太明智。“我很興奮，但也有擔(dān)憂，面對(duì)數(shù)據(jù)限制，我們應(yīng)當(dāng)十分謹(jǐn)慎。”美國耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)家Walter Jetz說。
質(zhì)量對(duì)決
幾十年來，生物多樣性的研究基本是數(shù)字游戲：一般認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)中物種數(shù)量越多，其穩(wěn)定性和恢復(fù)力也越高。由于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和物種功能信息的缺乏和測(cè)量分析技術(shù)的限制，該理論確實(shí)言之有理。
而如今技術(shù)的迅速發(fā)展正在改變這一情況，也推動(dòng)了新的生態(tài)系統(tǒng)研究方式的出現(xiàn)。明尼蘇達(dá)大學(xué)生態(tài)學(xué)家David Tilman追蹤了20世紀(jì)80年代的大干旱期間明尼蘇達(dá)州的物種多樣性，并在1994年發(fā)表了里程碑式的研究論文。他指出，物種豐富的地區(qū)比物種少的地區(qū)對(duì)干旱的承受能力更高，支持生物多樣性與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。但這種關(guān)系并不是線性的，只需要少部分抗旱的植物就可以大幅增加抗旱能力。
3年后，Tilman及其同事又研究發(fā)現(xiàn)，物種的一些關(guān)鍵特征比數(shù)量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)整體健康的影響程度更大。
同時(shí)哥倫比亞大學(xué)地球研究中心主任Shahid Naeem也在尋求除了物種數(shù)量外，研究生態(tài)系統(tǒng)功能的其他方法。他將注意力集中于食物網(wǎng)不同等級(jí)的物種多樣性。Naeem表示，只看物種數(shù)量就相當(dāng)于列出車的各個(gè)部件，卻不指出其功能，這無法幫助發(fā)現(xiàn)何時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。
在90年代中期，功能多樣性研究開始確立。植物和森林研究也發(fā)生了變化，后來這些方法被廣泛了應(yīng)用到了對(duì)鳥類、海洋生物和土壤的研究上。科羅拉多州立大學(xué)土壤生態(tài)學(xué)家Diana Wall和同事從事功能特征和多樣性的研究多年，部分原因是土壤微生物的活性通常比這些物種本身更容易測(cè)量。“新知識(shí)讓我們更深入理解物種和功能。”她說。
確定優(yōu)先次序
功能性特征讓保護(hù)生物學(xué)家感到興奮，因?yàn)樗梢杂绊懕Ｗo(hù)什么。研究人員和環(huán)境學(xué)家常常關(guān)注物種豐富的地區(qū)，例如亞馬遜雨林和澳大利亞大堡礁。但澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)生態(tài)學(xué)家Rick Stuart-Smith建議重構(gòu)生物多樣性熱點(diǎn)的定義。
整合功能性形態(tài)可以提高對(duì)未研究地區(qū)的關(guān)注。對(duì)于Rick Stuart-Smith來說，找到合格的地方太容易了，所急需的是深入研究。但他認(rèn)為，功能性特征研究最終應(yīng)延伸到保護(hù)策略和保護(hù)區(qū)域的確定。
而且，看待生物多樣性的新方式也可以揭示出新的薄弱點(diǎn)。法國蒙彼利埃大學(xué)海洋生物學(xué)家David Mouillot指出，由于人們認(rèn)為某個(gè)特征的功能可以由很多物種提供，因此物種豐富的地區(qū)可能看起來面對(duì)特征喪失更加穩(wěn)定。但實(shí)際上一些功能可能只由一個(gè)物種或少數(shù)物種提供，Mouillot和同事正在努力尋找這些稀缺的功能。
生態(tài)系統(tǒng)如此復(fù)雜，一旦某些物種、功能或系統(tǒng)進(jìn)程缺失，就無法挽回。斯坦福大學(xué)生態(tài)學(xué)家Greg Asner說：“沒有任何技術(shù)能幫我們向自然和進(jìn)化那樣憑空制造出森林。”
然而，一些專家反對(duì)在擁有更完整數(shù)據(jù)前，就根據(jù)功能性特征做決策。Jetz表示，“一旦你的數(shù)據(jù)中缺乏某個(gè)物種，可能就會(huì)缺失僅由這一物種提供的關(guān)鍵功能。”他還警告數(shù)據(jù)可能存在偏差，例如研究者所選的取樣地點(diǎn)可能影響數(shù)據(jù)庫。因此，打造更完整和復(fù)雜的全球性數(shù)據(jù)庫是科學(xué)家努力的方向。
令人興奮的是，近年來相關(guān)工作已經(jīng)取得了一定成績(jī)。德國馬普學(xué)會(huì)地球生物化學(xué)研究所的國際植物學(xué)家網(wǎng)絡(luò)TRY，從2007年開始就持續(xù)建立公開的物種特征和功能數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)在已經(jīng)包含了10萬多條植物物種記錄。
類似的還有Mouillot的ReeFish數(shù)據(jù)庫（提供所有熱帶巖礁魚類特征和地理信息）和Stuart-Smith與海洋生態(tài)學(xué)家Graham Edgar 開始于2007年的Reef Life Survey（包含所有洋盆的5000多個(gè)物種的特征信息）。
同時(shí)Duffy正在牽頭開展史密森尼的全球海洋觀測(cè)項(xiàng)目。他提到，這是在全球?qū)用胬L制海洋生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和功能相關(guān)性最重要的機(jī)會(huì)。
探討特征
實(shí)際上，種間關(guān)系又打開了另一個(gè)討論。一些研究人員用種間關(guān)系解釋刺魨隱藏在珊瑚中——他們并不認(rèn)為這是一種特征。然而Duffy指出，特征可以影響物種間的相互作用，可以說正是珊瑚的結(jié)構(gòu)和大小這些特征讓魚類能夠興盛。
而是否能夠?qū)⑻卣鲗?duì)生態(tài)系統(tǒng)的重要性進(jìn)行排序，這又是另一個(gè)爭(zhēng)議。一些研究者試圖確認(rèn)最有價(jià)值的特征，而另一些人則采取更加綜合的方式，例如Mouillot說，“我們不認(rèn)為有哪幾個(gè)特征是最重要的而另一些則無足輕重。”
對(duì)于關(guān)注功能多樣性的人而言，距離找到真正綜合的生物多樣性觀點(diǎn)——生態(tài)學(xué)家和保護(hù)學(xué)家的終極目標(biāo)——可能只有一步之遙。為了嘗試了解和減輕生物多樣性喪失的影響，還有一些關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)中物種進(jìn)化歷史的研究正在開展。一些人將這種“系統(tǒng)發(fā)生多樣性”作為功能和物種多樣性的另一種補(bǔ)充。
而且，研究人員還在試圖填補(bǔ)其他空缺。例如，一個(gè)德國研究組正在研究土地利用增加如何影響功能多樣性。而與微觀和單獨(dú)個(gè)體的研究相比，科學(xué)家也需要對(duì)空間數(shù)據(jù)的作用和景觀尺度的相互作用開展更多研究。
但迄今為止，研究人員將功能性特征納入對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的理解，使之復(fù)雜性加重。雖然數(shù)據(jù)可能是不完善的，但這些研究吸引了更多人的注意。“如果失去了一兩個(gè)物種，很難解釋意味著什么。但一種功能的喪失可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成顯著影響，這就容易理解得多了。這樣更多人就能夠參與進(jìn)來。”Jetz說。
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