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蚯蚓，達爾文四十年的“老朋友”，未來命運如何？

2019/10/26
導讀
現(xiàn)在的人類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、人類以及整個地球生態(tài)系統(tǒng)的命運。
pixabay

撰文 | 夏志堅
責編 | 陳曉雪
 
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對于喜歡研究動植物的查爾斯·達爾文來說，渾身光溜溜的蚯蚓可以稱得上是 “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）冒著沒有利潤的風險，在有感于即將不久于人世的達爾文催促下，出版了這位科學家生平最后一本科學著作——《腐殖土的產(chǎn)生與蚯蚓的作用》（The Formation of Vegetable Mould Through the Action of Worms）[1]。
 
達爾文書本封面，圖源wikipedia

在這本書中，達爾文將蚯蚓稱之為一種 “未被贊頌的生物，無以計數(shù)的它們改變了陸地，就像珊瑚蟲改變了熱帶海洋一樣”。
 
令人意想不到的是，這本名字很學術(shù)的書，上市幾個星期就賣出了數(shù)千本，幾乎可以與《物種起源》相提并論。
 
達爾文和蚯蚓長達四十年的友誼，離不開達爾文的叔叔喬西亞·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。韋奇伍德猜測這可能是由在地上地下鉆來鉆去的蚯蚓造成的。達爾文由此產(chǎn)生了對這種不起眼的小生命的興趣。
 
現(xiàn)在，蚯蚓在土壤里鉆來鉆去的行為在生物學領(lǐng)域里有了一個專業(yè)的說法， “土壤生物擾動”（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，變成更加穩(wěn)定的土壤團聚體，同時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，蚯蚓還能通過每天攝入30倍于自身體重的有機質(zhì)（比如枯枝落葉），將其消化、排出，加速土壤中有機質(zhì)的分解，促進營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，提高土壤的肥力。蚯蚓的這些有意無意的行為，對于維持植物的正常生長和生態(tài)系統(tǒng)的健康非常重要。[2,3]
 
目前已知的蚯蚓多達7000種，它們體長各異，小到只有幾厘米，大到令人驚訝的3米。
 
盡管蚯蚓對于陸地生態(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物和植物，人們對于生活在地表之下的蚯蚓在整個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》上的一篇文章試圖回答這個問題。這項由來自35個國家、141名研究人員組成的國際研究團隊發(fā)現(xiàn)，不同于人們對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]。
 
這項由德國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)導的研究團隊整理了包括164篇文獻和16項尚未出版的田野研究在內(nèi)的總計180份數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集涵蓋了57個國家、6928個采樣點的蚯蚓及相關(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，分別是 “土壤”、“降水”、“溫度”、“保水性”、“棲息地面積” 和 “海拔”。采樣點分布于除南極洲外的所有大陸。
 
采樣點在全球的分布情況，圖片來自：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（蚯蚓加起來的質(zhì)量）三個維度來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。對于蚯蚓來說，真正的樂土在美國東北部、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。
 
各采樣點的蚯蚓種數(shù)情況，圖片來自：Science
 
然而，當把多樣性的視野從局部擴大到地區(qū)的時候，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。
 
對于這一現(xiàn)象，研究人員認為一個可能的成因是上一次冰期的冰川作用。曾經(jīng)遭遇過冰川作用的溫帶地區(qū)，在冰期之后，可能被那些有著更強擴散能力的蚯蚓種類重新占領(lǐng)，并跟隨人類活動不斷拓展自己的領(lǐng)地，結(jié)果就是盡管溫帶地區(qū)每個采樣點都有好幾種蚯蚓，但是各地的蚯蚓其實都差不多，因此整體多樣性實際上并不高。熱帶地區(qū)則由于沒有經(jīng)歷過冰川作用，許多地方的蚯蚓都是當?shù)氐奶赜蟹N，而且這些蚯蚓并沒有機會得到廣泛的傳播，因此雖然局部的生物多樣性并不高（每個采樣點的蚯蚓可能只有一、兩種），但是區(qū)域的整體生物多樣性卻更高。
 
不過，事實也可能并非如此?？屏_拉多大學生態(tài)和進化生物學系教授諾亞·菲耶（Noah Fierer）在同期的評論文章里指出，這項研究在多樣性方面存在的一個關(guān)鍵性問題——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)工作的蚯蚓生物學家更少（看看采樣點分布圖就能發(fā)現(xiàn)，絕大部分采樣點分布在歐洲和北美）。 “數(shù)據(jù)表明需要對特定地區(qū)的生物多樣性作更多的調(diào)查?！狈埔畬懙?/span> [2]。
 
菲利普斯等人還探究了另外一個問題——哪些因素影響了蚯蚓在全球的分布。
 
研究人員發(fā)現(xiàn)，對蚯蚓來說，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，這一點也引起了研究人員的擔心。
 
“由于人類活動造成的氣候變化在接下來的數(shù)十年里將持續(xù)發(fā)生，氣候變量與蚯蚓群落特征間強有力的關(guān)系值得關(guān)注。我們的發(fā)現(xiàn)進一步強調(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账沟热嗽谡撐闹袑懙?/span>[4]。
 
蚯蚓未來的命運將會發(fā)生怎樣的變化，我們現(xiàn)在仍然不清楚。當138年前達爾文寫下 “無以計數(shù)的它們改變了陸地，就像珊瑚蟲改變了熱帶海洋一樣” 這句話時，他可能不會想到現(xiàn)在的人類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、人類以及整個地球生態(tài)系統(tǒng)的命運。

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
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