地球环境与海洋生物的相互作用引发的海洋生物多样性

英国的思想家、科学家Lovelock J E说过“地球环境是与其中生息的生物共同演化的”，强调非生物环境与生物群落间的相互作用，将包含生物、岩石、土壤、大气与海水的地球看成是一种自我调控的超级有机体，据此提出“GAIA假说”。该假说认为生物与物质循环系统相互作用，共同演化，完美地创造出和谐的生态。比如在太古代，某些微藻及其他光合微生物通过活跃的光合作用，固定当时大气的主要成分二氧化碳，合成自身所需的有机成分；它们的遗骸沉降到海底，减少了大气与海水中所含的二氧化碳。生物演化过程确实应以地质年代的尺度进行衡量。GAIA假说虽有值得商榷之处，但其地球的构成要素非生物环境与生物群落相互作用的独特视角给了我们许多启示。

非生物环境与生物群落之间常见的反馈作用（作用与反作用）中有支持GAIA假说的情况。以对地球变暖起到抑制作用的森林特别是热带雨林为例，森林将大量水分从大地移送到大气中，此过程随气温升高而加快。随着温室效应的加剧，大气中的水分增加，云量随之增加而给地球投上阴凉，气温降低而温室效应得到缓解，森林同时也吸收造成地球变暖的二氧化碳。大气中二氧化碳的增加是人类活动造成的，二氧化碳的增加可以促进光合作用，但没有足够的森林蓄积量能增加二氧化碳的吸收。

海洋中的微藻也是二氧化碳的重要吸收者。这里要介绍一种关于生物与气候间相互影响的现象。长期以来，推测认为海洋中有挥发性硫化物生成，有相当多的硫释放到大气中。有证据表明某些浮游植物生成大量名为二甲基硫醚（DMS）的硫化物，大气中的硫化物会被氧化成烟雾状的硫酸盐颗粒（硫酸气溶胶），成为海上云层的结核。硫酸气溶胶改变了云量和进入大气层的太阳辐射强度，从而影响到气候。气温升高后，暖化的海面更有利于生成DMS的浮游植物生长，从而促进硫酸盐颗粒的生成，云量因此增加，导致太阳入射光发生背散射，促使地表冷却［9］。

众所周知，海洋调节着大气中二氧化碳的浓度，在碳元素的循环中发挥重要的作用。海洋水深10～200米的真光层（有光线达到、光合作用能够正常进行的区域）中有数百种的微藻（浮游植物）生长，通过光合作用吸收二氧化碳，使海面附近大气中的二氧化碳浓度降低。海水中的二氧化碳主要源于大气中二氧化碳的溶解、细菌和动物的呼吸排出、海底的贝类及死去的珊瑚等所含碳酸钙溶解后生成二氧化碳这3个过程。随时空转换，二氧化碳可从海洋中通过海面释放到大气，或由大气进入到海洋［10］。

浮游植物在碳元素循环中的作用，使有些科学家期待浮游植物能发挥缓解地球温室效应的作用。

大气中二氧化碳的增加与海水表层温度的上升对浮游植物的光合作用有促进作用，但其促进大气中二氧化碳吸收的反馈功能能否缓解温室效应尚难预测。这里介绍个非常有趣的现象。海水变暖促使一类叫颗石藻（coccolithophores）的浮游植物增殖。这种微藻细胞壁的主要成分是碳酸钙，其增殖需要二氧化碳。因此这类藻如能大量增殖，或许能去除海水和大气中过剩的二氧化碳。

为了应对气候变化造成的威胁，各种旨在改善气候的方案应运而生。其中之一就是增加诸如颗石藻等浮游植物，通过对二氧化碳的吸收抑制地球温室效应。事实上，作为海洋表面积主体的远洋区域的基础生产力并不高，原因在于浮游植物增殖所需的铁及营养盐的含量不足。如能大范围喷洒溶解铁，将极大地促进浮游植物的生长、光合作用及其对大气中二氧化碳的吸收。其中一部分二氧化碳被带到深海，1 000多年之后也不会回到表层。基于这种分析的实验已在东太平洋及南极海域完成。结果令人遗憾，虽然增加的铁使浮游植物的光合作用活性提高，但较重的铁被氧化并沉入海底；并且增加的铁同时促进了表层异养细菌的繁殖，反而增加了二氧化碳的生成，未能达到抑制地球温室效应的预期效果。(www.xing528.com)

令人不安的是，即使实验成功，这种对远洋生态系统的人为干涉也可能对食物链及生物多样性造成难以预测的影响。许多科学家也担心人为添加的铁是否会对浮游动物及鱼类产生不良影响，添加的铁能否完全溶解也令人怀疑。

浮游植物在光合作用过程中释放氧气，据推算大气中氧气的50%～75%是由海洋中光能自养生物的光合作用产生的。浮游藻类也对海水中氮、磷、硅、铁等元素及其他物质的循环发挥至关重要的作用。浮游藻类的生物量及物种多样性对地球环境也产生很大的影响［12］。

由于海水的流体特性及其相对稳定的运动方式，各海洋生态系统相互关联，并与陆地及大气相互作用。

海洋被称为地球上生命系统的发动机。作为构成生命的重要物质的循环中心，海洋通过蒸发作用形成水蒸气，水蒸气以降雨的形式为陆地生物提供必不可少的水资源。同时，海洋也为许多生物提供了栖息地。海水及其中的溶解物与浮游生物在各海洋生态系统中发挥了重要的作用，且在不同的海洋生态系统之间相互交换。因此，海洋中的生态问题绝不是孤立的，波及范围很广。

地球上留存了许多海洋生物与地球气候间相互作用的证据。依据源自大气并以有机物和贝壳的形式存在于海底沉积物以及极地冰床中的碳元素的记录，大气中二氧化碳的量是与气候变化相关联的。目前还不清楚气候变化与碳元素循环之间到底存在怎样的关系，可以推测，浮游植物的初级生产减少了大气中的二氧化碳并使地球得以冷却。