作者:唐凤 来源: 中国科学报 发布时间:2019-9-16
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山高人为峰
——从纪念洪堡诞辰250周年看万物互联的科学内涵

 

1817年,洪堡对钦博拉索山的介绍     图片来源:《科学》

■本报记者 唐凤

“他的工作彻底改变了我们关于决定生命分布过程的思考。我们今天的工作是站在他几个世纪前工作的肩膀上,遵循他的方法,将不同学科的数据和知识整合到对自然世界更全面的理解中。这也是我们对其遗产的小小敬意。”丹麦哥本哈根大学全球研究所大生态、进化与气候中心(CMEC)教授Carsten Rahbek说。

“在全球范围内,气候带的统一概念,以及它们特有的动植物群和维持人类生命的条件,是他留给现代山地科学的遗产。”瑞士巴塞尔大学环境科学系名誉教授Christian K?觟rner说。

蕾切尔·卡森的《寂静的春天》受他提出的“万物互联”启发;达尔文坦承没有他的影响,自己不会踏上“小猎犬”号环球之旅,也不会想到写《物种起源》。他就是亚历山大·冯·洪堡,普鲁士(德国)地理学家、博物学家,曾被普鲁士国王腓特烈·威廉四世盛赞为“大洪水后真正伟大的人物”。

2019年9月是洪堡诞辰250周年。9月13日出版的《科学》推出洪堡特刊,介绍了洪堡留给生态学尤其是山地环境等相关问题的不朽遗产,讨论了他提出的科学如何与更广泛的人类经验交织在一起的愿景,及如何帮助人类更好地应对其在人类世中面临的社会挑战等。

站在山顶上

19世纪初,当博物学家正忙着整理地球目录,并将生物世界划分成不同单元时,一位32岁的探险家站在厄瓜多尔钦博拉索山巅,看到雾气慢慢散去,展现出热带山区生物的“舞台”。

1769年出生的洪堡,接受了当时最好的教育。他喜爱科学、数学,向往远方和冒险。

1799年6月,洪堡和伙伴从欧洲出发,一个多月后到达南美洲,开始了长达5年的科学考察。

终于,洪堡站在了当时公认的世界“最高”山峰钦博拉索山两翼。在他眼中,这里的植被依次分布:山谷里有棕榈树林和竹林,兰花攀附在树干上,再往上是针叶树、橡树、赤杨以及成丛的小檗灌木,然后是高山植物,还有地衣。

根据笔记,这是洪堡创造自己科学遗产的核心时刻:一切都是相互联系的,删除一个因素将不可避免地影响其他因素。“在这条因与果的巨大链条中,没有哪个事实可以完全独立于其他存在。”基于此,他开创了视自然为生命之网的先河。

K?觟rner在特刊文章中写道,对于250年前出生的洪堡来说,地球上的生命是一个相互作用的网络。他在寻求普遍性的同时,提出了现代意义上的生态理论。例如,洪堡第一个注意到高山生命分布并不是由海拔本身驱动的,而是由与海拔相关的气候驱动的。

实际上,自洪堡、达尔文和华莱士时代以来,决定全球生物多样性格局的因素一直使科学家感到困惑。全球山区呈现生物多样性格局,特别是热带山区的生物异常丰富,尽管经过了两个世纪的研究,这个问题仍然没有答案。Rahbek表示,研究发现,山区生物多样性远远超出了普遍假设的预期。

山中有答案

“我们所面临的挑战是,全球生物多样性的变化很大程度上是由热带山区的物种异常丰富所驱动的。正是这种丰富性,令当前基于当代气候的生物多样性模型无法解释——山脉物种实在是太丰富了,我们无法解释全球生物多样性热点。”Rahbek说。

而这些似乎能在洪堡理论中寻找答案:“自然是一个有机的整体。”

CMEC的科学家致力于综合来自大生态、进化生物学、地球科学和地质学等不同领域的理解和数据,以解决山脉为何具有如此丰富的生物多样性的问题。来自英国皇家植物园、牛津大学和美国康涅狄格大学的合作者也加入其中。

《中国科学报》从CMEC获悉,这些研究发现,部分原因在于,与邻近的低地地区相比,热带山区起伏不定的气候在复杂性和多样性方面存在根本差异。独特的山区气候可能在产生和维持高度多样性方面发挥着关键作用。相关论文发表在同期《科学》上。

“人们通常认为山区的气候寒冷而严酷。”该研究的共同负责人Michael K. Borregaard说,“但是,世界上物种最丰富的山区,比如北安第斯山脉,在一个相对较小的区域内就存在世界上大约一半的气候类型——比附近的亚马孙地区多得多,而亚马孙地区的面积是前者的12倍以上。”

Michael还强调了山地气候的另一个独特性。“处于肥沃湿润的赤道低地的热带山区,其表面气候环境能蔓延到与北极类似、仅几公里远的地点,其年平均气温甚至‘浓缩’了从赤道热带低地到极地的1万多公里的温度。如果你仔细想想,就会发现这相当神奇。”

某些山脉生物多样性高的另一个解释与造山的地质动力学有关。随着时间推移,这些地质过程与复杂的气候变化相互作用,为进化过程提供了充分的机会。

“全球生物多样性格局表明,山地生物多样性具有明显的历史演化特征。”Rahbek说,“山区独特的复杂环境和地质构造,允许古老物种深深扎根生命之树,而且,新物种出现的几率也远高于低地地区,例如像亚马孙热带雨林一样惊人的生物多样性地区。”

万物互联

此外,山地物种丰富程度的另一种解释可能在于地质学和生物学间的相互作用。

这里有一个新奇而令人惊讶的发现——这种高度多样性存在于大多数与基岩地质紧密相关的热带山区,尤其是那些有俯冲的古代海洋地壳的山区。

为了解释地质学和生物多样性间的这种关系,研究人员提出了一个可行的假设,即热带山区的土壤来自海洋基岩,这提供了特殊的环境条件,推动了植物的局部适应性变化。

植物能够适应这些不寻常的土壤,反过来可能会推动物种形成的连锁反应—— 一个群体的物种形成导致另一个群体的物种形成,一直扩展到动物界,并最终促成全球生物多样性格局的形成。

“从气候学到生物学,再到社会科学和人文学科,各个学科的证据都表明他是多么正确。万物互联,我们的思想和行动需要反映这一点。”K?觟rner告诉《中国科学报》。

现在,洪堡的著作虽然并不为人熟知,但他的名字却随处可见。洪堡两个字似乎就已经代表了世界是个有机体。动物界不仅有洪堡乌贼、洪堡企鹅,流过智利与秘鲁海岸的是洪堡寒流,墨西哥和委内瑞拉有洪堡山脉和洪堡峰,格陵兰还有洪堡冰川等,最知名的莫过于德国的洪堡大学。

1802年6月23日,洪堡和伙伴开始攀登钦博拉索山。他们一边攀爬,一边用冻僵的手掏出仪器,测量海拔、重力、湿度,并仔细列出了沿途遇见的一只蝴蝶、一朵小花。

最终他们爬到了海拔19413英尺的山翼,离顶峰只有1000英尺,却再也无法前进。即便如此,那时从未有人爬到过这样的高度。俯视着脚下绵延起伏的山峦,洪堡开始以不同的眼光看待世界。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1126/science.aax0149

https://doi.org/10.1126/science.aaz4161

《中国科学报》 (2019-09-16 第3版 国际)
 
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