為地球生命稱重

徐寧

地球上所有的樹共計多重？怎么才能知道地球上每種生物各自的總質量？如果我們想要清點每個物種的重量，這幾乎是不可能完成的工作。然而，以色列科學家榮恩·米羅卻完成了這個看似不可能的任務。

2017年，米羅向美國國家科學院遞交了一份研究報告：他領導的團隊在綜合分析了數百份前人的研究成果后，以生物體內的碳含量為標準，詳細統計出了地球上各種生物的大致生物量。碳是地球上所有生命的標志性元素，組成了包括蛋白質和DNA等生命原料，因此統計碳含量能準確體現生物量。

生物比重量，人類僅占0.01%

生物量的規模是巨大的，一般都在吉噸級（1吉噸=10億噸）。如果把全球的動植物、細菌、真菌等所有生物體內的碳元素全部相加，總生物量為550吉噸碳。別看地球上生活著76億人，但人的生物量僅為0.06吉噸碳，只占總生物量的0.01%，和全世界所有的白蟻一樣重。如果這世界上有一個巨大無比的天平，一側托盤上能容納全世界76億人，那么在天平的另一側托盤上全世界所有細菌落下的瞬間，我們人類會立刻被猛然翹起的托盤彈飛。因為地球上所有細菌的生物量是人類的1166倍，兩者的生物量差了三個數量級。

包括哺乳動物、鳥類、魚類、節肢動物、軟體動物等在內的所有動物的總生物量為2吉噸碳，其中昆蟲、蜘蛛等節肢動物1吉噸碳，魚類0.7吉噸碳。動物界在總生物量中的比例可以說是微不足道的，因為微生物的生物量大大超過動物：原生生物4吉噸碳、古菌7吉噸碳、真菌12吉噸碳。微生物中生物量最大的域是細菌，共計70吉噸碳，占所有總生物量的13%，在所有生物中排名第二。地球上生物量最高，當之無愧的生物界霸主是植物，生物量達450吉噸碳。

陸地植物生物量和海洋的有機物生產量

盡管海洋占了地球表面積的71%，但世界上絕大多數生命生活在陸地。海洋生物總碳量僅為6吉噸碳，和陸地生物總碳量470吉噸碳一比，差了兩個數量級。兩者生物量之所以如此懸殊，陸地的植物無疑是最大的功臣。

盡管如此，科學家卻驚訝地發現：海洋和陸地的有機物生產量幾乎是相等的。相比陸地植物450吉噸的生物量，海洋中生產者的生物量僅為1吉噸碳，而海洋中的魚類等消費者卻有5吉噸碳。這種奇怪的能量倒金字塔是否顛覆了能量在不同級間傳遞的規律？其實，之所以出現這種底小項大的生物量結構，是因為位于海洋食物金字塔底部的浮游生物生命極短，很容易被更高級的動物吞食，而魚類等海洋中的消費者壽命一般較長。所以短期統計會造成底小頂大的假象，但長期看來，單位時間海洋中的浮游生物生產量還是大于消費者生物量的，所以，海洋生物金字塔依然是底部能量大于頂部的。

人類對全球生物總量的影響

人類文明歷史雖然不長，卻對全球生物總量產生深遠影響。在“第四紀滅絕事件”（5萬年前～3000年前）中，半數體重超過40千克的陸地哺乳動物滅絕，其中最重要的影響之一便是人類活動（其他包括疾病、氣候變化等）。

人類對全球生物量帶來的第二個重要影響是馴化野生動植物。人類祖先馴化了某些特定品種的動物成為家畜（牛、豬為主）、家禽（雞為主），也選育出了一些糧食作物。今天，人類飼養的家畜的生物量約為0.1吉噸碳，是野生哺乳動物生物量的15倍。人類和家畜的生物量加在一起占哺乳動物總生物量的96%，野生哺乳動物僅占4%。在鳥類世界，也是馴化種大大超過野生種：家禽生物量是野生鳥類生物量的近3倍。人類種植的農作物生物量也極其巨大。據2017年至今的統計數據，全球每年生產谷物毛重2.6吉噸，主要是小麥、水稻、大麥和玉米。

統計數據中的偏差

隨著分析更加深入，米羅發現，這數百份研究報告暴露出來的一個問題：我們對生物量的估計都基于我們能夠發現的樣本數量，而不同生物的數量統計難度也是不同的。樹木靜止不動，便于統計數量：而大多數動物沒有永久固定的棲息地，它們幾乎一生都在為了食物和交配遷徙。要統計一個區域的陸生節肢動物、細菌、原生生物和病毒的數量，再大量的采樣也是不夠的，科學家基本上只能猜測個大概。

因此，研究所得出的數據存在不確定性。米羅分別估計了每個大類的不確定性，植物的實際生物量可能為研究結論的1.2倍，病毒的實際生物量可能是研究結論的20倍。對于實際總生物量，研究團隊認為可能在研究結論的1.7倍以內。

人類雖然只占地球總生物量的0.01%，卻大大影響了地球動植物的種類和規模。米羅認為，牲畜和野生動物在生物量上的天壤之別表明人類獲取食物的方式也能影響地球物種構成。對地球上各個物種生物量的統計，也標志著人類對地球生命圈理解更加深入。

（責任編輯王川）

從太空測繪林冠

為什么衛星要向地球上的森林發射激光？其實，這是美國宇航局全球生態系統動態調查激光雷達（簡稱GEDI）在對地球植被做普查。通過記錄激光從發射到返回的間隔和強度，科學家可以了解地面樹木等植被的高度和密度，以及總林冠（樹木離地樹冠的總體）范圍內葉片與枝條的垂直分布。這種調查方法能夠建立關于森林的高精度三維模型。

森林不但為許多生物提供棲息地，也是重要的工業原材料來源地，更是地球碳循環的重要一環。砍伐森林、森林退化、林火和蟲災爆發大大增加了進入大氣的二氧化碳量。因此，了解森林的長期生長規律有助于人們更好應對氣候變化。GEDI是人類首個專門用于“森林碳內容”測繪的空間儀器，能直觀地顯示出森林的儲碳總量，通過與其他衛星的數據進行比對，科學家能及時了解森林結構、森林功能，甚至是全球碳循環的變化。