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蚯蚓，達(dá)爾文四十年的“老朋友”，未來(lái)命運(yùn)如何？

2019/10/26
導(dǎo)讀
現(xiàn)在的人類(lèi)不僅正在與蚯蚓一起改變著陸地面貌，而且也正在改變著蚯蚓、人類(lèi)以及整個(gè)地球生態(tài)系統(tǒng)的命運(yùn)。
pixabay

撰文 | 夏志堅(jiān)
責(zé)編 | 陳曉雪
 
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對(duì)于喜歡研究動(dòng)植物的查爾斯·達(dá)爾文來(lái)說(shuō)，渾身光溜溜的蚯蚓可以稱(chēng)得上是 “老朋友”。1881年，在著名的《物種起源》出版22年后，出版商約翰·默里（John Murray）冒著沒(méi)有利潤(rùn)的風(fēng)險(xiǎn)，在有感于即將不久于人世的達(dá)爾文催促下，出版了這位科學(xué)家生平最后一本科學(xué)著作——《腐殖土的產(chǎn)生與蚯蚓的作用》（The Formation of Vegetable Mould Through the Action of Worms）[1]。
 
達(dá)爾文書(shū)本封面，圖源wikipedia

在這本書(shū)中，達(dá)爾文將蚯蚓稱(chēng)之為一種 “未被贊頌的生物，無(wú)以計(jì)數(shù)的它們改變了陸地，就像珊瑚蟲(chóng)改變了熱帶海洋一樣”。
 
令人意想不到的是，這本名字很學(xué)術(shù)的書(shū)，上市幾個(gè)星期就賣(mài)出了數(shù)千本，幾乎可以與《物種起源》相提并論。
 
達(dá)爾文和蚯蚓長(zhǎng)達(dá)四十年的友誼，離不開(kāi)達(dá)爾文的叔叔喬西亞·韋奇伍德（Josiah Wedgwood）的 “牽線搭橋”。1837年9月，身體抱恙的達(dá)爾文，在醫(yī)生的建議下放下了手里的工作，從倫敦搬到了斯塔福德郡（Staffordshire）的叔叔家里休養(yǎng)。韋奇伍德告訴了侄子一個(gè)有些不同尋常的現(xiàn)象：一塊多年前撒滿石灰和煤渣的地面，現(xiàn)在石灰和煤渣都埋進(jìn)了地里，在表層土壤之下形成了一層混雜著石灰與煤渣的東西。韋奇伍德猜測(cè)這可能是由在地上地下鉆來(lái)鉆去的蚯蚓造成的。達(dá)爾文由此產(chǎn)生了對(duì)這種不起眼的小生命的興趣。
 
現(xiàn)在，蚯蚓在土壤里鉆來(lái)鉆去的行為在生物學(xué)領(lǐng)域里有了一個(gè)專(zhuān)業(yè)的說(shuō)法， “土壤生物擾動(dòng)”（soil bioturbation），而《腐殖土的產(chǎn)生與蚯蚓的作用》也成為土壤生物擾動(dòng)領(lǐng)域的第一本重要著作。
 
作為棲息在土壤中的生物，蚯蚓在土里挖洞的行為可以將土壤顆粒集合起來(lái)，變成更加穩(wěn)定的土壤團(tuán)聚體，同時(shí)也能增加土壤的孔隙度，讓土壤有更好的通氣和透水性；此外，蚯蚓還能通過(guò)每天攝入30倍于自身體重的有機(jī)質(zhì)（比如枯枝落葉），將其消化、排出，加速土壤中有機(jī)質(zhì)的分解，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，提高土壤的肥力。蚯蚓的這些有意無(wú)意的行為，對(duì)于維持植物的正常生長(zhǎng)和生態(tài)系統(tǒng)的健康非常重要。[2,3]
 
目前已知的蚯蚓多達(dá)7000種，它們體長(zhǎng)各異，小到只有幾厘米，大到令人驚訝的3米。
 
盡管蚯蚓對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)的健康有著如此重要的作用，但是相比于生活在地表之上的動(dòng)物和植物，人們對(duì)于生活在地表之下的蚯蚓在整個(gè)地球的分布及影響其分布的環(huán)境因素所知甚少。
 
10月25日發(fā)表于《科學(xué)》上的一篇文章試圖回答這個(gè)問(wèn)題。這項(xiàng)由來(lái)自35個(gè)國(guó)家、141名研究人員組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，不同于人們對(duì)于物種分布的一般印象，蚯蚓在溫帶的局部多樣性比熱帶更高，而在影響蚯蚓分布的環(huán)境因素中，降水和溫度最為重要[4]。
 
這項(xiàng)由德國(guó)生物多樣性綜合研究中心（German Centre for Integrative Biodiversity Research）的海倫·菲利普斯（Helen Phillips）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)整理了包括164篇文獻(xiàn)和16項(xiàng)尚未出版的田野研究在內(nèi)的總計(jì)180份數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集涵蓋了57個(gè)國(guó)家、6928個(gè)采樣點(diǎn)的蚯蚓及相關(guān)12種環(huán)境因素的數(shù)據(jù)。環(huán)境因素根據(jù)屬性被分為6類(lèi)，分別是 “土壤”、“降水”、“溫度”、“保水性”、“棲息地面積” 和 “海拔”。采樣點(diǎn)分布于除南極洲外的所有大陸。
 
采樣點(diǎn)在全球的分布情況，圖片來(lái)自：Science
 
菲利普斯等人選取了多樣性（種數(shù)）、物種豐度（蚯蚓數(shù)量）和生物量（蚯蚓加起來(lái)的質(zhì)量）三個(gè)維度來(lái)描述蚯蚓在全球各地的分布情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫帶地區(qū)蚯蚓的局部生物多樣性、豐度和生物量均比熱帶地區(qū)高。
 
以多樣性為例，絕大多數(shù)采樣點(diǎn)所包含的蚯蚓種數(shù)（即局部生物多樣性，local earthworm diversity）在1-4種之間。在北方和近北極地區(qū)，蚯蚓的局部生物多樣性比較低，這與一般的地上生物多樣性分布情況相一致。然而，與地上生物多樣性不一致的是，在人們印象中的生物多樣性高的地區(qū)，例如巴西、印度、印度尼西亞等熱帶和亞熱帶地區(qū)，蚯蚓的局部生物多樣性也不高。對(duì)于蚯蚓來(lái)說(shuō)，真正的樂(lè)土在美國(guó)東北部、歐洲（尤其是黑海北部）、澳大利亞和新西蘭南部等中緯度地區(qū)，這里的蚯蚓局部多樣性全球最高。
 
各采樣點(diǎn)的蚯蚓種數(shù)情況，圖片來(lái)自：Science
 
然而，當(dāng)把多樣性的視野從局部擴(kuò)大到地區(qū)的時(shí)候，情況就發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。熱帶地區(qū)由于很多地方有著特有的本地種，所以盡管局部多樣性更低，但是區(qū)域的整體生物多樣性更高。
 
對(duì)于這一現(xiàn)象，研究人員認(rèn)為一個(gè)可能的成因是上一次冰期的冰川作用。曾經(jīng)遭遇過(guò)冰川作用的溫帶地區(qū)，在冰期之后，可能被那些有著更強(qiáng)擴(kuò)散能力的蚯蚓種類(lèi)重新占領(lǐng)，并跟隨人類(lèi)活動(dòng)不斷拓展自己的領(lǐng)地，結(jié)果就是盡管溫帶地區(qū)每個(gè)采樣點(diǎn)都有好幾種蚯蚓，但是各地的蚯蚓其實(shí)都差不多，因此整體多樣性實(shí)際上并不高。熱帶地區(qū)則由于沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)冰川作用，許多地方的蚯蚓都是當(dāng)?shù)氐奶赜蟹N，而且這些蚯蚓并沒(méi)有機(jī)會(huì)得到廣泛的傳播，因此雖然局部的生物多樣性并不高（每個(gè)采樣點(diǎn)的蚯蚓可能只有一、兩種），但是區(qū)域的整體生物多樣性卻更高。
 
不過(guò)，事實(shí)也可能并非如此?？屏_拉多大學(xué)生態(tài)和進(jìn)化生物學(xué)系教授諾亞·菲耶（Noah Fierer）在同期的評(píng)論文章里指出，這項(xiàng)研究在多樣性方面存在的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題——熱帶地區(qū)土壤中蚯蚓多樣性比高緯度土壤更低的原因可能僅僅是在熱帶地區(qū)工作的蚯蚓生物學(xué)家更少（看看采樣點(diǎn)分布圖就能發(fā)現(xiàn)，絕大部分采樣點(diǎn)分布在歐洲和北美）。 “數(shù)據(jù)表明需要對(duì)特定地區(qū)的生物多樣性作更多的調(diào)查。”菲耶寫(xiě)道 [2]。
 
菲利普斯等人還探究了另外一個(gè)問(wèn)題——哪些因素影響了蚯蚓在全球的分布。
 
研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)蚯蚓來(lái)說(shuō)，最重要的影響因素為氣候，尤其是降水和溫度。和許多地上生物一樣，降水能夠影響蚯蚓在一個(gè)地方的豐度和生物量，溫度則能影響豐度，而在氣候變化的大背景下，這一點(diǎn)也引起了研究人員的擔(dān)心。
 
“由于人類(lèi)活動(dòng)造成的氣候變化在接下來(lái)的數(shù)十年里將持續(xù)發(fā)生，氣候變量與蚯蚓群落特征間強(qiáng)有力的關(guān)系值得關(guān)注。我們的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了溫度和降水的變化可能影響蚯蚓的多樣性和分布，而這可能會(huì)影響它們提供的生態(tài)系統(tǒng)功能?！狈评账沟热嗽谡撐闹袑?xiě)道[4]。
 
蚯蚓未來(lái)的命運(yùn)將會(huì)發(fā)生怎樣的變化，我們現(xiàn)在仍然不清楚。當(dāng)138年前達(dá)爾文寫(xiě)下 “無(wú)以計(jì)數(shù)的它們改變了陸地，就像珊瑚蟲(chóng)改變了熱帶海洋一樣” 這句話時(shí)，他可能不會(huì)想到現(xiàn)在的人類(lèi)不僅正在與蚯蚓一起改變著陸地面貌，而且也正在改變著蚯蚓、人類(lèi)以及整個(gè)地球生態(tài)系統(tǒng)的命運(yùn)。

參考資料
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/The_Formation_of_Vegetable_Mould_through_the_Action_of_Worms
[2]https://science.sciencemag.org/content/366/6464/425
[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Earthworm#Environmental_impacts
[4]https://science.sciencemag.org/content/366/6464/480

制版編輯 | 皮皮魚(yú)
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