人类面临的挑战:愈演愈烈的物种入侵
发布时间:2021-10-14
出品:科普中国
制作:冯伟民(中国科学院南京地质古生物研究所)
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  20211011日,《生物多样性公约》第十五次缔约方大会在云南昆明开幕,中国正在推动推动全球生物多样性治理迈上新台阶。

  一说到生物多样性,可能有人会误以为,生物种类越多越好,那我们可以多多引入本地没有的新物种。

  这么想可就大错特错了!

  中国政府将生物安全视作国家安全体系的重要组成部分,并将生物安全提升到了与国家发展相关的战略高度。

  生物安全涉及内容广泛,主要包括防控重大新发突发传染病、动植物疫情,人类遗传资源和生物资源安全管理,防范外来物种入侵与保护生物多样性,防范生物恐怖袭击与防御生物武器威胁,病原微生物实验室生物安全管理等。

  其中,外来物种入侵是引发生物安全问题的重要因素。

潘多拉魔盒:物种入侵

  由于人类活动大肆进军自然界,肆意索取和开发自然资源,对地球生态系统造成了日益严重的破坏,使很多传统的生物链条破坏断裂,一些原本不起眼的生物因为缺乏天敌的制约而泛滥成灾。

  同时,物种入侵的频率剧增,进一步破坏了生态系统,形成恶性循环。

  

  警惕入侵物种 (图片来源:Conservation Corridor

物种入侵概念的提出

  瑞典裔芬兰人佩尔·卡尔姆(Pehr Kalm)可能是系统研究物种入侵的第一人。早在17世纪,他便发现、记录了美洲大陆存在的15种原本生活在欧洲的植物、蜜蜂和一些昆虫。

  达尔文也在《物种起源》中描述了生物入侵现象,然而并没有明确提出生物入侵的概念。

  英国生态学家查尔斯·埃尔顿(Charles Elton1958 年出版的《动植物入侵生态学》一书中首次正式提出生物入侵概念,并将其定义为:某种生物从原来的分布区域扩散到一个新的(通常也是遥远的)地区,在新的区域里,其后代可以繁殖、扩散并持续生存下去。

  该书综述了生物入侵的各个方面,阐述了人类所面临的物种入侵和生态系统因入侵而改变的现实与后果,由此,查尔斯•埃尔顿被誉为入侵生物学的奠基人。而该书也与《寂静的春天》一起相提并论,被认为是了解未来环境灾难必读之书。

  

  查尔斯•埃尔顿 《入侵生态学》(图片来源:作者提供)

物种入侵遍及全球

  物种入侵现象遍及世界各地,但在不同的地区,如大陆、海洋和岛屿,入侵物种的类型,入侵途径和方式以及带来的影响都有所不同。

  1)大陆外来物种入侵

  地球分布着六大陆。辽阔的大陆是陆上动植物繁衍、生长的地方,它们伴随气候变化不断往来迁徙,适应新环境、拓展自身的分布。这样的迁徙也可视作自然因素下的物种入侵。

  过去,高山、淡水湖泊和岛屿等天然屏障阻碍着动植物的自由迁徙,但随着人类文明的发展,国际贸易和旅游行业愈加发达,原来被视作地理障碍的因素在很大程度上消减了。

  

  国际贸易 (图片来源:veer图库)

  相反,人为因素带来的物种入侵现象越来越普遍,当地生态系统受到的侵害也越来越突出。

  回溯历史,人们在种植行业的交易活动,可能开了作物物种引进的先河,如农作物、花卉和树木等。随后也带来了动物物种的引进和四处扩散。

  从古而今,被引进的物种已经数以万计,遍及世界各地,由此也常常引发物种入侵的危险。物种入侵就像水流一般,一开始还只是小溪流,可一旦形成数量可观的种群,就会汇聚为滔滔洪水,一发不可收拾。除非该物种受到自然环境的限制或遗传因子的影响,否则已成种群规模的发展将变得无法遏制,物种入侵难以避免。

  2)海洋外来物种入侵

  辽阔的海洋是一个开放的生态系统,也是大陆千万条河流奔流到海的归宿。由于世界各大洋被大陆所阻隔,外加水温、洋流等制约因素,慢慢形成了各自特有的土著生物群落,并且这些制约因素也影响了本地种的进一步扩散。

  

  图片来源:veer图库

  由此,在长期的演化中各大洋不同的海洋生物区系便演化出来。但是,这种自然形成的生物区系格局,也由于人类海洋运输的日趋活跃,正在受到越来越大的影响。

  在世界贸易和经济全球化发展的大背景下,人类海洋运输来来往往,十分繁忙。而有一些海洋生物,也通过船舶压水舱,船底寄生,人为海水养殖以及海峡运河途径,传播到本不该来到的异乡,给该地生态带来隐忧。

  其中,压载水是传播有害水生生物和病原体的一个重要途径。据统计,全球80%以上国际贸易量依靠航运,从事国际贸易运输的商船超过5万艘,每年排放的压载水达到120亿吨。

  “压载水”指的是为控制船舶纵倾、横倾、吃水、稳性或应力,而在船上加装的水及其悬浮物。

  船舶压载水作为海洋外来物种迁移载体,被全球环保基金组织列为当今海洋的“四大危害”之首。

  

  压载水 (图片来源:mfame.guru

  据有关部门分析,外来海洋物种入侵已成为世界海洋生态环境面临的四大问题(外来物种入侵、海洋污染、渔业资源过度捕捞和生境破坏)之一,并成为继海洋栖息地破坏之后世界海洋生态环境面临的第二个重大威胁,可能对海洋生态系统造成直接或间接的影响,如种间竞争破坏生态环境、与土著种杂交造成遗传污染、病原生物及有毒藻类导致海洋生态灾害加剧等。

  因此,海洋外来物种入侵已成为最为严重的全球性环境问题之一。

  3)岛屿外来物种入侵

  全球岛屿面积仅占陆地总面积的5.3%,却是受物种入侵影响最大的重灾区。

  根据科学家对全球岛屿所做的调查研究表明,全球生物多样性的丧失在岛屿上呈现不成比例的快速增长,其中外来物种的入侵是岛上物种灭绝的主要驱动力。

  历史资料表明,1500年以来的鸟类、哺乳动物、两栖动物和爬行动物灭绝案例75%都发生在岛屿上。而目前世界自然保护联盟濒危物种红色名录中超三分之一的物种也栖息在岛屿上。

  

  岛屿 (图片来源:veer图库)

  对岛屿生态系统的威胁,主要来自人类的行为。人们有意或无意将各种动物带入岛屿,其中最为危险的外来物种为野猫、狗、老鼠(灰鼠、黑鼠、小稻鼠)、獴、山羊和猪。专家在对岛屿生态系统产生负面影响的3990个案例研究中,发现这8个物种占83%

人类入侵史无前例

  人类的扩张无疑就是地球有史以来最大的物种入侵行为。

  虽然人类仅有700万年的演化历史,但其入侵强度和范围,显然超过地球其他动植物入侵的影响。而且,人类对地球生物圈带来的影响也是最为深刻和久远的。

  1)人类扩张加速了同时代生物的厄运

  人类在走出非洲、走向世界的征程中,披荆斩棘,历经无数艰难险阻,终于走向人类社会的高级发展阶段。但是人类的扩张和发展之路,也造成了许许多多生物可悲的命运,其中最典型的事件就是欧洲人16世纪航海之旅导致的部分物种灭绝。

  在欧洲人开启的航海之旅中,许多动植物遭遇了灭顶之灾。最著名的灭绝事件当属大海雀、渡渡鸟、恐鸟、旅鸽等。

  16世纪后期,带着来复枪和猎犬的欧洲殖民者定居毛里求斯,从此渡渡鸟这些不会飞也跑不快的鸟类厄运降临。

  

  渡渡鸟复原图 (图片来源:作者提供)

  殖民者带来的猪、狗、猴、鼠等动物开始捕食渡渡鸟产在地面上的蛋和雏鸟,严重影响了渡渡鸟后代的繁殖。此外,殖民者还大肆砍伐森林,破坏渡渡鸟的栖息地。更有甚者,对肉味细嫩鲜美的渡渡鸟大开杀戒。

  至1690年前后,渡渡鸟这种仅仅被人类发现70年的鸟类就走到了绝灭尽头。

  旅鸽是另一种令人痛惜的灭绝鸟类。它是一种特别喜欢旅行的鸽子,故得此名。17世纪,拥有先进技术的欧洲人占据了美洲,他们砍伐森林,让旅鸽失去了栖息地;因为肉味鲜美,旅鸽成为这些开拓者的食物。

  当旅鸽的肉被大众广泛接受之后,大规模的商业捕杀开始了。到了17世纪末期,除了密歇根州,美洲已经看不到成群的旅鸽了。

  而至1900年,这种曾经多达数十亿只的鸽子,在人类的疯狂屠杀下,在不到一个世纪的时间内宣告灭绝。

  

  曾经的旅鸽 (图片来源:Tim Hough

  新西兰曾是一个尘封了6000多万年的群岛。在漫长的历史岁月里,新西兰形成了自己独特的动物区系,屈指可数的几种哺乳动物,众多的特有鸟类、两栖爬行类和昆虫:世界上最高的鸟——恐鸟、原始的新西兰蛙类、新西兰巨蜥以及长须无翅大蝗——一种重达71克的沙螽等等。

  但是,当人们第一次真正踏上新西兰的时候,也将灾难带给了这座天然的动植物宝地。

  在人类到来之后的1000年内,先后有32%的陆生鸟类和18%的海洋鸟类灭绝。究其原因,竟然是由人类带来的家鼠、家猫、家犬、帚尾袋貂和白鼬、伶鼬、林鼬等鼬类造成的。

  在太平洋的夏威夷群岛,人类活动无意带来的蛇鼠,也对当地原生鸟类造成了毁灭性的打击。因为当地鸟类世世代代没见过这些捕食者,毫无反抗能力,等待它们的只有死亡。

  总之,伴随着人类扩展的步伐蔓延到世界各地,许多地方的物种受到了外来物种的影响、乃至破坏,纷纷后退萎缩,最后走向灭绝。

  2)人类不当活动严重干扰自然界平衡

  随着人类社会的发展和人口大幅增加,人类的生活领地不断扩张。为了获取地球自然资源,人们大肆进军荒郊野岭,深入大陆腹地,去勘探、去垦荒、去建设新的家园和生产基地。葱郁的大地到处留下人们的印记。

  在人类扩张的步伐中,沉寂多年的荒郊野岭被唤醒,千万年来形成的自然生态在解体,许多动植物包括看不见的微生物纷纷迁徙他处。

  人类扩张的行为和方式五花八门。

  比如,砍伐森林和开垦草原植被。人类的这种干扰对自然环境构成的危害,始于大约10000多年前的早期农业,并持续到现在,不仅导致森林植被的退化,加剧水土流失,区域环境的变化,而且还会因造成许多生物环境的破坏,生物多样性的丧失等。

  比如,污染环境。人类工业生产产生了大量工业垃圾,向自然环境排放了大量的有毒害性的污染物,不仅使空气受到污染,而且进入大气的硫氧化物、氮氧化物,与水蒸气结合后形成极易电离的硫酸和硝酸,导致大气酸度增加,许多地区甚至酸雨成灾,对生态系统和土壤等带来了灾难性的影响。

  比如,采集野生动植物。全球80%的人口服的传统医药之中,有85%与野生动植物有关。一些经济、药用及珍稀野生物资源自古以来就被人们大肆掠夺,大力采集,以至于造成一些物种的灭绝。例如,在利益的驱动下,一些人高价炒作、大肆盗挖野生兰花,致使野生兰花濒临灭绝。

  再比如,狩猎是一种特殊的干扰方式。人类以经济和食用为目的的非计划性狩猎,尤其是对种群数量很少的濒危动物的捕杀,亦严重破坏了动物种群的生殖和繁衍,甚至造成物种的灭绝。

  3)人类社会治理中的失误

  在人类社会治理过程中,由于决策失误,常常造成一系列后果严重的物种入侵事件。

  为了某种需求,人们引进了外来物种,如用于养殖、种植花卉等目的的引种;此外,还有出于生物防治、绿化、水土保持、环境保护等目的的引进。

  但若是疏于管理,急功近利盲目引进外来物种,结果就是好事变坏事。

  例如,美国为了控制藻类等水生植物泛滥,治理河道,清洁水体,于1970年从亚洲引进包括草鱼、鳙鱼、鲢鱼、鲤鱼等在内的8种鱼,并将它们统称为“亚洲鲤鱼”。

  但让人始料不及的是,这些鱼的危害远比当初引进它们的作用更大。亚洲鲤鱼虽然吃掉了大量的水草、浮游生物或野生蚌类,但是它们强悍的食欲也夺走了当地一些鱼种口中的食物,严重畸形了当地生态的发展。

  如今美国河流鲤鱼成群,泛滥成灾。

  而澳大利亚政府为了控制野兔的疯长,引进了甘蔗蟾蜍,后又被放进昆士兰甘蔗种植园,以控制虫害。到1937年,超过6万只年幼蟾蜍被用于捕食昆虫,但甘蔗园无法将它们圈住,它们经常跑出来伤害其它动物和植物。

  结果,甘蔗蟾蜍引入成为了澳大利亚政府环境政策的头号错误之一,造成生态浩劫的惨重程度可与该国家对野兔的引进相提并论。

  我国畜牧业长期过度放牧,草场退化,这使各地对新的优质速生牧草的需求比较旺盛,而这也给国外草种公司向中国倾销草种提供了一个极好时机。

  可是,作为牧草或饲料引进而造成入侵的例子也很多:水花生、紫苜蓿、白花草木樨、赛葵、大黍、梯牧草、牧地狼尾草、苏丹草、波斯黑麦草、大漂、芒颖大麦草、凤眼莲等都不同程度地影响了我国生态环境的稳定性。

  水葫芦,学名称为“凤眼蓝”,原产于巴西,喜欢温暖湿润阳光充足的地方,即使温度超过35℃,低于10℃也不碍于生长。

  二十世纪初期,水葫芦以花卉的被引入中国。但是谁能够想到,一株水葫芦可以繁殖出一池塘水葫芦呢?

  

  水葫芦(图片来源:作者提供)

  原本用于净化水质的物种,如今却成为污染水质,诱发病菌虫害的“灾星”,变成了各国农业、水利以及环保领域的头号敌人,真是彻彻底底“翻车”了。

  若是只顾引入外来物种,却不考虑其后果、不加强有效管理,物种入侵是不可避免的。

  例如,20世纪,巴西为了获得高质量的蜂蜜,先后引入了欧洲蜂和非洲蜂进行杂交,其杂交后代为巴西蜂,巴西蜂的产蜜量高、质量好,给巴西带来了巨大的经济效益。

  但是引入的非洲蜂又名杀人蜂,这种蜜蜂有很强的毒性,可以蜇死人和动物,故当其与当地野蜂交配繁殖后便酿成了延续30年的“杀人蜂”之祸。

  我国于20世纪初引入了蜂蜜产量较高的意大利蜂,却也产生了意外的不良后果,破坏了本地中华蜜蜂的栖息地,干扰本地中华蜜蜂的交配,导致本地中华蜜蜂种群数量迅速减少。

21世纪 生物安全拉响警钟!

  人类出现后,经过数百万年的演化,形成了现代社会的发展型式。

  但人类并没有随着社会文明的建立而停止对地球角角落落的探索和扩张,由此引起了一系列影响广泛的连锁性生态环境变化,并带来层出不穷的物种扩散和反入侵事件,人类为此疲于应付,后患无穷。

  1)现代交通工具加剧物种入侵

  伴随着现代技术的进步,交通运输工具日新月异,自行车让人们在几公里空间范围随意穿行,汽车则将人们活动空间拓展了几十公里,而火车和飞机更是将人们轻松快捷地运输到几百乃至几千里之外的地方。

  

  图片来源:veer图库

  因此,人类已经几乎可以随心所欲地侵入到他们想要涉足的领域。然而,人类前进的步伐日益加快,对世界的影响也与日俱增,生物界尤其感受到前所未有的威胁。

  一方面,人类的拓展就是一种入侵,在很大程度上越界进入了许多动植物世世代代赖以生存的家园,侵害了它们原本自然和谐的生态环境。

  另一方面,人类有意无意引发的物种入侵,给当地物种带来了难以预料的后果。

  同时,由于便捷的交通运输,让人际间的交往日趋频繁,社会活动日趋活跃,无形中滋生了一个全球性的病毒传染市场,使得病毒得以在很短时间迅速传染至世界各国。

  2020年初暴发、至今仍在世界各地肆虐的新冠病毒就是借助人类便捷的航空火车等交通工具传播到了世界各地,让无数人陷入死亡的恐惧和病痛的折磨与痛苦之中。

  2)物种入侵带来瘟疫泛滥

  人类日益频繁的交流和不当的生产活动所导致的物种入侵,已经成为现代物种入侵的主要途径。

  许多物种从自己的原始分布区域扩散到新的区域,造成了许多生物入侵事件。这些贸然闯入的家伙在当地的自然或人工环境中定居、繁殖和扩散,最终破坏该地区的生态平衡,给土著物种造成了毁灭性的打击。

  全球多个生活在大陆的两栖类生物大灭绝是由壶菌引起的。

  原本只存在于非洲区域的蛙壶菌,被人类无意中带到美洲和欧洲。这种寄生菌在毫无抵抗能力的两栖类生物之间扩散,导致两栖类生物大量死亡,美洲和澳洲的多种蛙类随之灭绝。

  

  蛙壶菌 (图片来源:veer图库)

  时至今日,蛙壶菌已经影响了少则3成、多则5成的蛙类物种的生存。北美地区的蝙蝠大灭绝也是由被称为“毁灭地丝霉菌”的真菌引起的。

  人类的一些无意识行为,已经成为许多物种头上的高悬之剑。

  在人类迅速推动的全球化时代,外来物种入侵的现象愈加频繁,原有“土著”生物的生存环境受到严峻挑战。像壶菌这样肉眼难以察觉的微生物随时有可能危害其他生物的生存。

  这些病原微生物本身可能就是人类文明高度发展的产物。

  人类越发频繁地入侵动植物的天然栖息地,不断获得生活需求的满足,同时那些天然寄居于动植物体内的病原微生物就获得了越来越多的入侵人体的机会。

  人类世界高度密集的群居环境、高度发达的人员和物资流动网络,又给病原体传播提供了温床。难以计数的生物因为这些看不见的“力量”,最终被清洗出局,我们人类或许也难以独善其身。

  3)物种入侵一再拉响生物安全警钟

  20多年前,人类承载着对新世纪的美好梦想,昂首迈入了21世纪。由于现代科学技术的飞跃发展,人们对未来充满了自信,全球化浪潮正席卷世界,世界经济社会发展步入了快速发展的轨道。

  然而,世界经济的大发展,一直是以获取自然资源,损害自然环境为代价的。人类扩张过程中迈出的步伐,不免触动了潜伏在自然界各个角落里的微生物,当千百年来形成的生态系统平衡遭遇破坏,那只看不见的黑手悄然伸出了魔爪,微生物家族中那些有害的细菌与病毒,开始向人类掀起了一波又一波的反入侵。

  于是,当人类迈入21世纪,不断遭遇病原微生物的侵害,其频率之高、影响之大、波及之广、灾难之深,在人类史上前所未有。

  由SARS、禽流感、埃博拉病毒、塞卡病毒、中东呼吸综合症和新冠肺炎病毒掀起的一轮又一轮的疫情灾害,犹如从天而降,飞速狂飙,给人类拉响了一阵又一阵的警钟!

  人类经历了新世纪以来前所未有的微生物灾害的高频侵害。

  随着我国对外开放,对外交流日益增多,外来物种进入我国的概率也越来越大。

  2020518日,国家生态环境部发布《2019 中国生态环境状况公报》,公布中国已发现660多种外来入侵物种,表明我国是受外来物种入侵危害最严重的国家之一。随着国际贸易和全球经济一体化进程的加快,生物入侵的形势将日趋严峻。

  我国外来生物入侵已经呈现出传入数量增多、频率加快、蔓延范围扩大、发生危害加剧、经济损失加重的趋势。

  外来生物在严重破坏我国许多地区生态系统的同时,还给中国带来了年均超过2000亿元的巨额经济损失。生物安全警钟已经一再拉响。人类的活动和行为正在引发越来越多的物种入侵事件,物种入侵造成的生态危机最终会反噬人类自身,影响人类社会健康发展。

  联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP15)在中国昆明的举行,彰显了人类共同维护生物多样性的合作精神。

  为此,人类应当进一步加强国际合作,国家要从法律、机制和手段及新技术运用上筑牢生物安全的城墙,保护生物多样性,维护生态平衡,营造好地球人类的家园。

  

  图片来源:veer图库

  参考资料:

  1.查尔斯.埃尔顿,2003.动植物入侵生态学(张润之等译)。中国环境科学出版社。 

  2.丹尼尔.森博洛夫,2020. 生物入侵(张润之等译)。牛津科普读本。华中科技大学出版社。 

  3.中华人民共和国生态环境部,2019.中国生态环境状况公报。 

  4.世界自然基金会(WWF),2018.《地球生命力报告2018 

  5.冯丽妃,2019.拿出生物多样性保护“中国方案”。科学网。

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