生物多樣性研究綜述

彭邦良

（寧波至誠學校，浙江 寧波315033）

1 生物多樣性的概念及意義

生物多樣性（biodiversity或biological diversity）一詞，最初是由Fisher和Williams（1943）在研究昆蟲物種-多度關系時提出的，但生物多樣性這一術語及其內涵在全球范圍內被人們廣泛理解和接受還是20世紀80年代后期的事情，特別是1992年《生物多樣性公約》的正式簽署，使得人們對生物多樣性的關注度空前提高，生物多樣性的研究與保護更多的進入了實質性階段。目前人們公認的生物多樣性是指生物及其與環境形成的生態復合體以及與此相關的各種生態過程的總和，包括數以百萬計的動物、植物、微生物和它們所擁有的基因以及它們與其生存環境形成的復雜的生態系統，是生命系統的基本特征。生物多樣性按空間尺度可劃分為3個層次，對此已形成基本一致的看法，并給予了明確的解釋。

1.1 遺傳多樣性（Genetic diversity）

遺傳多樣性指種內基因的變化，包括種內顯著不同種群間或同一種群內的遺傳變異，也稱基因多樣性。種內多樣性是物種以上各水平多樣性的最重要來源。遺傳變異、生活史特點、種群動態及其遺傳結構等決定或影響著一個物種與其他物種及其環境相互作用的方式。而且，種內的多樣性是一個物種對人為干擾進行成功反應的決定因素。種內的遺傳變異程度也決定其進化的潛勢，所有的遺傳多樣性都發生在分子水平，并且都與DNA 的理化性質緊密相關。

1.2 物種多樣性（Species diversity）

物種是指遺傳特征相似，能夠繁殖出有生殖能力的后代的一類生物。物種多樣性是物種水平上的生物多樣性。它是用一定空間范圍內物種數量和分布特征來衡量的。一般來說，一個種的種群越大，它的遺傳多樣性就越大。但是一些種的種群增加可能導致其他一些種的衰退，而使一定區域內物種多樣性減少。估計全球生物種類在200萬到1億種之間，而己被人類定名或描述的物種一般認為是140～170萬種，絕大多數的物種尚未被發現和認識。

1.3 生態系統多樣性（Ecosystem diversity）

生態系統多樣性是指生物圈內生境、生物群落和生態過程的多樣化，以及生態系統內生境差異、生態過程變化的多樣性（Mcneely，1990）。生境主要指無機環境，生境多樣性是生物群落多樣性甚至是整個生物多樣性形成的基本條件。生物群落多樣性主要指群落的組成、結構和動態方面的多樣性。生態系統的類型變化也是生態系統多樣性研究的重要內容。有些生態系統有它的獨特性，一旦遭到破壞，難以恢復。在一定的區域內，即使有相似的自然條件，也存在著多種多樣的生態系統。生物群落內部、群落之間以及與環境之間都存在極其復雜的關系。

2 生物多樣性對人類生存的重要價值

（1）生物多樣性是人類賴以生存的物質基礎。生物資源提供了地球人類生存的物質基礎。其社會、倫理、文化和經濟價值，從人類社會誕生起 就已經被人類逐漸認識。我們主要的食物都來自于對野生生物物種的馴化，例如：人類已利用了大約5000種植物作為糧食作物，其中不到20種生物提供了世界絕大部分的食品。

（2）許多野生動植物是珍貴的藥材野生生物作為人類祖先的醫藥寶庫，使人類在抵抗疾病的過程中獲得了生存的機會。至今世界上的很多藥物都是從動植物或微生物中提取有效成分。野生動植物有許多是工業的原料。生物多樣性可為人類提供特殊的基因。多樣的生物具有眾多特殊的基因，如研究耐寒抗病基因，可以培育動植物新品種，用以改善人類 食品的品質和對生物的利用能力。

（3）生物多樣性的間接價值，生物多樣性的間接價值主要與生態系統的功能有關，如固定太陽能、調節水文、防止水土流失、調節氣候、吸收和分解污染物、貯存營養元素并促進養分循環和維持進化過程等。

3 生物多樣性研究產生的歷史背景

20世紀以來，由于工業的發展和人口的增加，人們對資源的利用大大提高了，特別是對生物資源掠奪式的開發，加之環境污染導致生物物種的銳減，己成為經濟發展的制約因素。據統計，近200 年來，地球上已有106種哺乳類動物和127種鳥類滅絕；瀕臨滅絕的哺乳類動物有406種，鳥類有593種，爬行動物209種，魚類242種，其他低等動物更不計其數。位于地球赤道一帶的熱帶雨林，是天然的動植物園，是地球的生物寶庫，被譽為“地球之肺”，但是全球的熱帶雨林現在正以每分鐘20hm2的速率減少，照此下去，不出100年，全球的熱帶雨林將蕩然無存，大量珍稀生物也將隨熱帶雨林的消失而滅絕，生物多樣性保護正遭受到嚴峻的挑戰。面對如此嚴峻的形勢，人們逐漸認識到人類社會發展與自然之間相互協調的關系，1948 年出版的《我們被掠奪的星球》和1962年出版的《寂靜的春天》作為自然保護的先驅之作，喚起了人類對自己生存的環境的關心。

第二次世界大戰以后，國際社會在發展經濟的同時更加關注生物資源的保護問題，并且在拯救珍稀瀕危物種、防止自然資源的過度利用等方面開展了很多工作。1948年，由聯合國和法國政府創建了世界自然保護聯盟（IUCN）。1961年世界野生生物基金會建立。20世紀70～80年代，召開了一系列有關人類環境、自然資源保護和可持續發展的國際會議。1971年，由聯合國教科文組織提出了著名的“人與生物圈計劃”。1980年由IUCN 等國際自然保護組織編制完成的《世界自然保護大綱》正式頒布，該大綱提出了要把自然資源的有效保護與資源的合理利用有機結合起來的觀點，對促進世界各國加強生物資源保護工作起到了極大的推動作用，并出版了包括“我們共同的未來”、“關心地球”等在內的綱領性文件，其中對生物多樣性保護給予了高度重視。20世紀80年代以后，人們在開展自然保護的實踐中逐漸認識到，自然界中各個物種之間、生物與周圍環境之間都存在著十分密切的聯系，因此自然保護僅僅著眼于對物種本身進行保護是遠遠不夠的，也難于取得理想的效果，要拯救珍稀瀕危物種，不僅要對所涉及物種的野生種群進行重點保護，而且還要保護好它們的棲息地，或者說，需要對物種所在的整個生態系統進行有效的保護。在這樣的背景下，生物多樣性的概念便應運而生了。

1992年6月，在巴西里約熱內盧召開的聯合國環境與發展大會上通過了“生物多樣性公約”，包括我國在內的150多個國家和地區的首腦在公約上簽字，并于1993年12月29日生效，該公約的簽署標志著生物多樣性的研究、保護和開發利用進入了一個全新的發展階段。20世紀以來，隨著世界人口的持續增長和人類活動范圍與強度的不斷增加，人類社會遭遇到一系列前所未有的問題，面臨著人口、資源、環境、糧食和能源等5大危機。這些問題的解決都與生態環境的保護與自然資源的合理利用密切相關。

4 生物多樣性的研究進展

4.1 國際生物多樣性科學研究規劃

國際生物多樣性科學研究規劃（DIVERSITAS），是由6個國際組織于1996年7月提出，該計劃提出了5個核心研究計劃和5個特殊研究領域。其核心研究計劃是：①生物多樣性對生態系統功能的影響；②生物多樣性的起源、維持和變化；③系統學研究、生物多樣性編目和分類；④生物多樣性的監察；⑤生物多樣性保護、恢復和可持續利用。其特殊研究領域是：①土壤和沉積物中的生物多樣性；②海洋生物多樣性；③微生物生物多樣性；④淡水的生物多樣性；⑤與生物多樣性有關的人文因素。該計劃將生態系統的功能列為核心研究計劃之首，其他的4個核心研究計劃都將圍繞生物多樣性對生態系統功能的影響來開展，這一國際科學研究規劃向我們展示了當前生物多樣性研究的熱點及未來若干年的研究方向。

4.2 遺傳多樣性的研究

物種遺傳多樣性的大小是長期進化的產物，是其生存和發展的前提。對遺傳多樣性的研究始于19世紀中葉，達爾文《物種起源》中用大量資料和證據指出生物中普遍存在的變異現象，并發現了大部分變異有遺傳傾向，隨著孟德爾遺傳定律的重新發現，遺傳學家把遺傳學定律應用于生物種群中，并對自然種群中的遺傳變異數量進行了廣泛的研究。早期的遺傳變異研究主要在表型性狀和染色體水平上進行，在染色體水平上發現了大量植物自然種群中的變異，其中包括染色體結構的變異。20世紀60年代，同工酶電泳技術的產生為檢測遺傳變異提供了有力的工具，1969年，Parakash等提出把同一基因位點的不同等位基因編碼的一種酶的不同形式叫”等位酶（Allozyme）”，將它從同功酶的概念中分離出來，等位酶譜帶與等位基因之間關系明確，其變化直接反應了DNA 分子水平上的變化，使其成為一種十分有效的遺傳標記，成為檢測遺傳多樣性最普遍的方法，是當前分子系統學研究中應用最為廣泛的手段。迄今為止，應用凝膠技術研究遺傳變異已積累了豐富的資料，并建立起檢測種群遺傳分化、遺傳多樣性和基因流水平的方法。20世紀80年代以來，分子生物學技術的快速發展為遺傳多樣性檢測提供了更直接、更精確的方法，即直接檢測DNA 本身的序列變化。特別是聚合酶鏈式反應（PCR）技術的出現及成熟，使DNA 分析方法成為目前為止最有效的遺傳分析方法。在有關遺傳多樣性的研究中，等位酶水平上的研究占了很大比例，已建立起一整套數據處理和分析方法；DNA 水平上的各種分析技術產生較晚，但由于其具有快速、靈敏、精確、直接的優點，已逐漸被研究人員作為主要分析手段。利用分子標記技術分析種群地理格局和異質種群動態，確定種群間的基因流、確定個體間的親緣關系等方面的研究成果也已有大量報道。

4.3 物種多樣性的研究

物種多樣性的研究內容包括物種多樣性的現狀、物種多樣性的形成，演化及維持機制，種群生存力分析，物種的瀕危狀況，滅絕速率及原因，物種多樣性的有效保護與持續利用等。

物種多樣性編目是一項艱巨又急待加強的工作，是了解物種多樣性現狀及物種特有程度的根本途徑。目前，世界上對物種的估計甚至不能達到一個確定的數量級，其變化范圍從500 萬到3000 萬種（Wilson，1988），甚至有200萬到1億種（世界資源研究所，1992）；要弄清這些，需要大量的調查研究工作，中國從20世紀50年代起組織了多地區、大規模的生物資源、區系、植被的綜合考察，陸續出版了全國性和地區性的植被專著，動物志，植物志和各種經濟生物志，為中國物種多樣性編目打下較好的基礎。對瀕危、受威脅物種的瀕危狀況和瀕危機制、滅絕速率進行深入研究，為保護重點生物物種提供最有力的依據，同時也提高了我們對物種滅絕過程和存活條件的認識。美國1973年頒布《瀕危物種法令》，開始致力于這方面的研究，我國從20世紀80年代陸續開展了有關瀕危植物的解剖、生理、生殖、遺傳和生態學研究，1993年起實施國家自然科學基金重大項目“中國主要瀕危植物的保護生物學研究”，對10種具代表性的瀕危植物同時進行生態學、生殖生物學、遺傳多樣性的研究，這是我國對瀕危植物進行系統研究的開始。當前，對瀕危物種的研究只限于極少數物種，大多數珍稀種、瀕危種的研究還有待于廣泛開展。

4.4 生態系統多樣性的研究

生態系統多樣性的研究內容包括生態系統的組成與結構，生態系統多樣性的維持與變化機制，生態系統多樣性的調查、編目和動態監測等。當前的熱點主要有生物群落多樣性的測度、人類活動對生態系統多樣性的影響，生物多樣性的長期動態監測。

人類活動對生態系統多樣性的影響是生物多樣性研究的核心內容，己受到廣泛關注，Dompka（1996）指出許多自然保護區因為人為干擾而被破壞。歐陽志云等（1999）以大熊貓為例，指出人為因素對野生動物生境的影響并提出了評價方法。生物多樣性的動態監測活動從20世紀80年代初開始，主要是美國一些研究機構在南美洲開展的若干生物多樣性動態監測項目。我國在1950年以來，中科院已在全國建立了64 個生態定位站，一直從事生態系統結構、功能、演替、物種消長等方面的研究，取得了大量研究成果。

4.5 近年來我國在生物多樣性研究方面所做的工作

應該說，人類對生物多樣性重要性的認識及對其采取保護措施由來己久，但生物多樣性作為一門正在形成的高度交叉的學科，卻不過是20 世紀90 年代初的事情。1990年中國科學院成立了生物多樣性工作組（即后來的生物多樣性委員會）。1993年中國第一個全國性的生物多樣性刊物《生物多樣性》創刊出版。在生物多樣性的遺傳、物種、生態系統乃至景觀等不同層次上，我國科學工作者己做了大量的研究工作，取得了許多有價值的研究成果。對遺傳多樣性的研究集中在對蛋白質、DNA 和染色體多態性的測定上，涉及的對象主要是一些農作物如水稻、油菜等，家畜如滇南小耳豬、黃牛等，有關的研究方法主要包括RFLP，DNA 指紋、RAPD、PCR等技術及對氨基酸、等位酶及染色體組型的分析。目前物種多樣性的研究所占的比例較大，主要是以某一地理區域為單位（如自然保護區等），內容以區系組成為主。生態系統多樣性的研究主要是在探討生境類型的差異及不同生境中生物群落在物種組成及多樣性上的變化。有關景觀多樣性的研究工作開展較少，一些學者對生態交錯帶的生物多樣性，群落內物種多樣性的發生與維持機制等進行了理論上的探討。

4.6 國際生物多樣性研究的熱點

當前，國際生物多樣性研究的熱點主要在以下幾個方面：①生物多樣性的調查、編目及信息系統的建立；②人類活動對生物多樣性的影響；③生物多樣性的生態系統功能；④生物多樣性的長期動態監測；⑤物種瀕危機制及保護對策的研究；⑥栽培植物與家養動物及其野生近緣種的遺傳多樣性研究；⑦生物多樣性保護技術與對策。

5 結語

生物多樣性對人類的生存和發展具有十分重要的意義，但是當前生物多樣性正以驚人的速度喪失，現實狀況已使生物多樣性保護到了刻不容緩的地步。人類雖然已在生物多樣性的研究與保護方面開展了大量工作，并已經引起了較多的重視，也取得了相當的成果，但相對于目前生物多樣性的惡化現狀還顯得微不足道，生物多樣性繼續惡化的趨勢沒有得到根本上的改變，因此，人類必須進一步提高認識，加強合作，爭取早日把這一系列的問題協調好、解決好。2012年11月召開的中共十八大，提出了“美麗中國”目標，把生態文明放在突出地位。生物多樣性保護就是要保護地球上一切生物資源及人類的生存環境，它是實行可持續發展戰略，正確處理資源保護與經濟發展關系，促進人類與自然協調發展，實現生態、經濟、社會效益高度統一的重要措施。只有有效地保護生物多樣性，才能實現生物資源的可持續利用和發展，才能保護人類自己。

［1］田興軍.生物多樣性及其保護生物學［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［2］李 斌，蔣步新，李化雨.論生物多樣性的價值［J］.環境保護科學（第28 卷），2002（4）：49.

［3］高振宇，徐海根.中國——俄羅斯生物多樣性信息管理研究［M］.北京：中國環境科學出版社，2000.

［4］楊建新.生物多樣——人類持續發展的自然基礎的研究［J］.環境科學進展，1993（3）：30.

［5］馬克平，米湘成，魏 偉，等.生物多樣性研究中的幾個熱點問題.中國生物多樣性保護與研究進展［M］.北京：氣象出版社，2004.

［6］徐海根，丁暉 ，吳 軍，等.2010年生物多樣性目標：指標與進展［J］.生態與農村環境學報，2010，26（4）：289～293.

［7］馬克平.監測是評估生物多樣性保護進展的有效途徑［J］.生物多樣性，2011，19（2）：125～126.