8.1 密封的瓶裝生命
舊金山史坦哈特水族館（ Steinhart Aquarium）一長溜展品的盡頭，燈光照耀下怡然自得地生長著一叢密集的珊瑚礁。水族館的玻璃牆後面，幾英尺的完備空間就將南太平洋海底一英里長的珊瑚礁上的各種生物集中展現了出來。
這濃縮的礁石以異乎尋常的色調和怪異的生命形態，營造出一種新紀元音樂般的氛圍。站在這個長方形容器的前面，如同腳踩著和諧的節點。這裡每平米生物種類數目超過了地球上其他任何地方。生命密集得不行了。那異常豐富的自然珊瑚礁，已經被進一步壓縮成了超越自然富集程度的人造堡礁。
兩扇平板玻璃窗讓你一覽充滿異域生物的愛麗絲奇境。嬉皮士般色彩斑斕的魚瞪著眼看橙色底白條紋的小丑魚，抑或是在看一小群亮藍雀鯛。這些艷麗的小精靈時而在栗色軟珊瑚那羽毛般的觸手中間疾速遊走，時而又在巨型海蚌那緩慢翕動的肥唇間穿梭。
對這些生物說來，這裡不單是圈養欄，這裡就是它們的家。它們要在這裡吃、睡、打鬧，在這裡繁育後代，直到生命的盡頭。不僅如此，如果時間充足，它們還會共同進化，共享天命。它們所擁有的是一個真正的生命群落。
在這個珊瑚展示池後面，一堆隆隆作響的泵機、管道和各種機械裝置，在電力的帶動下維持著這個玩具礁體上的超級生物多樣性。一個遊客，打開一扇沒有任何標誌的門，從水族館昏暗的觀景室中跋涉到泵機這裡，一開門，就有眩目的外星人似的光線奔湧而出。這裡的房間內部刷成了白色，瀰漫著溫熱的水汽，耀眼的燈光令人感到窒息。頭頂的架子上掛著炙熱的金屬鹵素燈，每天放射出15個小時的熱帶陽光。鹽水湧動著穿過一個四噸重的水泥大桶，桶裡裝了滿是淨化菌的濕沙。在人工陽光之下，長長的淺塑料托盤裡綠色水藻生長旺盛，過濾著礁石水體所產生的自然毒素。
對於這個礁體來說，工業管道裝置替代了太平洋。1.6萬加侖的再生海水旋轉著流過仿生系統，沖刷著這塊珊瑚礁，像南太平洋那長達數英里的海藻園和沙灘給野生珊瑚礁提供的東西一樣，帶來了過濾的、湍急的、富含氧氣的海水。這一整套帶電的展示，是精細脆弱、來之不易的平衡，每天都需要能量和照料。一步走錯，整塊珊瑚礁就可能在一天內分崩離析。
古人都知道，一天就可以摧毀的東西，要想建成它，可能會需要幾年甚至幾個世紀的時間。在史坦哈特珊瑚礁建成之前，沒有人確定是否能通過人工方法建立起珊瑚礁群落，如果可以，也沒有人知道這樣的工作到底需要耗費多長的時間。海洋科學家清楚地知道，作為一種複雜的生態系統，珊瑚礁必須按照正確的順序才能組合成功。但是沒有人知道那個順序到底是什麼。很顯然，當海洋生物學家勞埃德·高梅茲起先在學院水族樓那陰濕的地下室中轉悠的時候，他也不知道這個順序到底是什麼。高梅茲一桶桶地把微生物倒在大塑料槽裡攪和，按照不同的順序逐樣添加各個物種，希望能夠獲得一個成型群落。但基本上每次嘗試都是失敗的。
每次嘗試開始的時候，他都會首先培養出一份濃稠的豆色海藻培養液，排放在正午的陽光下，亂糟糟地冒著泡泡。如果系統開始偏離形成珊瑚礁的條件，高梅茲就會沖洗培養槽。用了一年不到的時間，他終於獲得了演化方向正確的原型珊瑚培養液。
創造自然需要時間。高梅茲啟動珊瑚礁（項目）5年之後，礁體才形成自我維持系統。直到前不久，高梅茲還必須給棲息在人造礁石上的魚和無脊椎生物提供食物。不過在他看來，現在這塊礁體已經成熟了。「經過持續了5年的精心照料，我已經給水族箱建立了一個完整的食物網，因此，我不必再給它餵食了。」唯一要提供的就是陽光，鹵素能源不斷地燃燒，生成人造日光傾瀉在這塊人工礁石上。陽光哺育海藻，海藻養活水生物，水生物養活珊瑚、海綿、蛤蜊和魚。而歸根到底，這塊礁石是靠電力維持生命的。
高梅茲預測說，當這個礁石群落最終穩定下來時，還會發生進一步的轉變。「在我看來，到滿10歲之前它還會發生重大的變化。因為到那時候礁石會發生融合。基腳珊瑚開始向下扎根到鬆散的岩石中，而身處地下的海綿會在底下挖洞。所有這些會整合成一個大型的生命群。」一塊有生命的岩石就從幾個種子生物體中發展起來。
大家都沒料到，在所有融進這塊玩具礁石的生物裡面，大約有90%的生物是偷偷進來的，也就是說，最初的那鍋培養液裡沒有它們的影子。其實，當初那培養液裡就存在著少量且完全不可見的微生物，只不過直到5年之後，等到這塊礁石已經做好了融合的準備，才具備了這些微生物參與融合發展的條件，而在此之前，它們一直隱匿而耐心地漂浮著。
與此同時，某些在初始階段主宰這塊礁石的物種消失了。高梅茲說：「我沒有預料到會出現這種情況。這讓我非常震驚。生物接連死去。我問自己我到底做錯了什麼？事實證明我什麼也沒有做錯。這只不過是群落的循環而已。這個群落啟動之時需要大量的微藻類。之後的10個月內，微藻類消失。接著，某些開始時很旺盛的海綿消失，另一種海綿卻突然冒出頭來。就在最近，一種黑色海綿開始在礁石裡紮下根。而我卻完全不知道它是從哪來的。正如帕卡德的北美大草原以及溫蓋特的楠薩奇島的復原工作，珊瑚礁在組合的初始階段，而不是在維護階段，需要某些伴護性物種的幫助。礁石中的某些部分只不過是『拇指』。」
勞埃德·高梅茲的這種建造礁石的技巧在夜校裡大受歡迎。對於那些癡心不改的業餘愛好者來說，珊瑚礁可以算得上是一個最新出現的挑戰。這些人登記入學，就是為了學會怎樣把浩瀚的大洋微縮到100加侖。高梅茲的這個微縮鹽水系統，把方圓數英里的生物收入一個帶附件的大型水族箱裡。附件也就是定量給料泵機、鹵素燈、臭氧發生器、分子吸附過濾裝置，諸如此類的東西。每個水族箱1.5萬美金，價格不菲。這套昂貴的設備運轉起來，就像真正的海洋一樣，清潔、過濾著礁石周圍的水體。珊瑚的生存環境需要水溶氣體、微量化學元素、酸鹼度、微生物種群、光照、波浪模式和溫度等種種因素上達到非常精細的平衡。而所有這一切，都是由機械裝置和生物制劑的互聯網絡在水族箱中提供的。按照高梅茲的說法，常見的失誤，往往在於試圖往生物棲息地塞入超過系統承載能力的生物，或者，正如皮姆和德雷克所發現的，沒有按照正確的順序來引入這些生物。那麼，順序到底有多麼要緊？高梅茲的說法：「生死攸關。」
要獲得穩定的珊瑚礁，重要的是要做好最初的微生物母體。夏威夷大學的微生物學家克萊爾·福爾索姆曾經根據他對廣口瓶中的微生物培養液所作的研究得出過這樣的結論：「任何一種穩定的封閉生態系統的基礎，基本上都是某種微生物。」他認為，在任何一個生態系統裡，微生物都肩負著「閉合生物元素之環」的作用，使大氣與養分能夠循環流動。對此，他通過微生物的隨機混合找到了證據。福爾索姆所做的實驗跟皮姆和德雷克所作的實驗非常相似，唯一的區別就是，他把廣口瓶的蓋子給封上了。他仿製的不是地球生命的一小部分，而是自給自足的整個地球的自我循環系統。地球上的所有物質都處於某種循環之中（除了些許無足輕重的輕氣體的逃逸，以及隕石的少量墜落）。用系統科學的術語來說，地球在物質上是一個封閉系統。而另一方面，從能量/信息的角度來看，地球又是開放的：陽光照射著地球，信息則來來去去。像地球一樣，福爾索姆的廣口瓶在物質上是封閉的，在能量上是敞開的。他從夏威夷群島的海灣挖出含鹽的微生物樣本，把他們用漏斗倒進實驗室用的那種1升或者2升的玻璃燒瓶中，然後密封起來，再通過一個採樣口抽取少許來測量它們的種群比率和能量流，直到它們穩定下來。
如同皮姆發現隨機混合物是多麼輕易地形成自組織的生態系統時一樣，福爾索姆也是大吃一驚。他驚訝地發現，即使對封口的燒瓶中生成的封閉營養物質循環回路施以額外挑戰，也阻止不了簡單微生物群落獲得均衡狀態。福爾索姆說，在1983的秋天，他和另外一個叫曹恆信的研究者意識到，封閉式生態系統，「哪怕它的物種類別再少，也幾乎都能成活」。而那時，福爾索姆最初的那些燒瓶，有些已經存活了15年。最早的那一瓶是在1968搭配封裝的，到現在已經有25年的時間了。在此期間，沒有向裡面添加過一點空氣、食物或者營養物質。儘管如此，他這一瓶以及所有其他的瓶裝生物群落，僅憑著室內的充足光照，在此後多年裡仍然生長旺盛。
不過，無論能夠生存多長時間，這些瓶裝系統都需要一個啟動階段，一個大概會持續60到100天的波動危險期，在此期間任何意外都可能發生。高梅茲在他的珊瑚微生物中也看到了這種情況：複雜性的開端植根於混沌之中。不過，如果複雜系統能夠在一段時間的互相遷就之後獲得共同的平衡，那麼之後就再沒有什麼能夠讓它脫離軌道了。
這種封閉的複雜系統到底能夠運行多長時間？福爾索姆說，據說巴黎國家博物館展出過一株1895年封入一個玻璃罐中的仙人掌，正是這個傳說激發了他製造封閉的物質世界的最初興趣。他不能證實傳說的存在，但據說在過去的一個世紀裡，這株仙人掌上覆蓋的藻類和苔蘚的顏色會依序從綠到黃循環變換。如果這個封閉的玻璃罐能獲得光照和穩定的溫度，那麼，從理論上說，這些苔蘚沒有理由不能生存到太陽毀滅的那一天。
福爾索姆的封閉微生物迷你世界有它們自己的生活節奏，也真實地反映了我們星球的生活節奏。在大約兩年的時間內，它們重複利用自己的碳，從二氧化碳到有機物質，再從有機物到二氧化碳，循環往復。它們保持著一種與外界的生態系統相類似的生物生產率。它們生產出定量的氧氣，比地球的氧水平稍高。它們的能源效率與外部大生態系統相當。而且，它們贍養的生物數量顯然是不限定的。
福爾索姆從自己的燒瓶世界中得出這樣的結論：是微生物——這種細小細胞構成的微型生命，而不是紅杉、蟋蟀或者猩猩——進行了最大量的呼吸，產生了空氣，最終供養了地球上無窮的可見生物。隱形的微生物基質引導著生命整體的發展進程，並將各種各樣的養分環融合在一起。福爾索姆覺得，那些引起我們注意的生物，那些需要我們照料的生物，就環境而言，可能僅僅是一些點綴性的、裝飾性的東西。正是哺乳動物腸道中的微生物，還有黏附在樹根上的微生物，使樹木和哺乳動物在包括地球在內的封閉系統中有了價值。
8.2 郵購蓋亞
我的書桌上曾經擺放了一個小小的生態球。它甚至還有一個編號：58262號世界。我不必為我的星球做什麼，只要時不時地看看它就行了。
1989年10月17日下午5點04分，在突然襲來的舊金山地震中，58262號世界變成了齏粉。在大地的震動中，一個書架從我辦公室的牆面上鬆脫，砸在我的書桌上。一眨眼的功夫，一本關於生態系統的厚重的大冊子就把我的這個生態球的玻璃殼壓得粉碎，像攪和打碎的雞蛋那樣把它的液體內臟徹底地攪和在一起。
58262號世界是一個人工製作的生物圈，製作者精心地讓它達到了一種平衡狀態，以求它能夠永遠生存下去。它是福爾索姆和曹恆信的那些微生物廣口瓶的後裔之一。曹恆信是加州理工學院噴氣推力實驗室[1]為NASA高級生保計劃[2]工作的研究人員。與福爾索姆的微生物世界相比，他創造出來的世界更具多樣性。曹恆信是第一個找到包含動物在內的自維持生物的簡單組合的人。他把小鹽水蝦和鹽鹵藻一起放進了一個永續的密閉環境中。
他的這個封閉世界的商業版名稱叫作「生態球」，基本上是一個跟大柚子差不多大小的玻璃球。我的58262號世界就是這些玻璃球中的一個。被徹底地封在這個透明球體中的有4只小鹽水蝦、一團掛在一根小珊瑚枝上的毛茸茸的草綠色水藻，以及數以百萬計的肉眼看不見的微生物。球的底部有一點沙子。空氣、水或者任何一種物質都不能出入這個球體。這傢伙唯一攝入的就是陽光。
打從開始製作時算起，年頭最長的曹氏人造微生物世界已存活了10年。這讓人很意外，因為游弋其中的鹽水蝦的平均壽命通常在5年左右。照理說這些生物能在封閉的環境中一直繁衍下去，但是讓這些生物在這樣的封閉世界裡繁衍生息總歸是個難題。當然，個體的鹽水蝦和海藻細胞會死。獲得「永生」的是群體的生命，是一個群落的整體生命。
你可以通過郵購買到一個生態球，就好像買到一個蓋亞或者一種自發生命的實驗。你從塞滿填充物的包裹中拆出這樣一個球體來。在經歷了劇烈震盪的旅程之後，那些小蝦看起來仍然很健康。然後，你用一隻手托起這個炮彈大小的生態球，對著光照，它會閃爍出寶石一樣純淨的光芒。這是一個被吹制進瓶子的世界，玻璃在頂部整齊地收攏在一起。
這個生態球就呆在那裡，生存在它那種脆弱的不朽之中。自然學家彼得·沃肖爾手裡有一個第一批製造出來的生態球，一直放在他的書架上。沃肖爾的讀物包括那些已故詩人的隱晦詩作、法國哲學家的法語著作，以及關於松鼠分類學的專題論文。對於他來說，自然就是詩歌的一種；生態球則是一個大肆宣傳實體的皮書套。沃肖爾的生態球生活在善意的忽視下，幾乎相當於某種不用去照料的寵物。關於他的這種「非嗜好」，沃肖爾寫到：「你不能喂蝦。不能去除殘腐。你也不能去擺弄那些根本就不存在的過濾器、充氣機或者泵機。你也不能把它打開來用手指去測試水溫。你所能做的唯一的事情——如果『做』在這裡還是合適的詞彙的話，就是觀察和思考。」
生態球是一個圖騰，一個屬於所有封閉的生命系統的圖騰。部落民眾選出某種圖騰物，作為連接靈魂與夢想這兩個相互分離的世界的橋樑。而生態球，這個被封閉在晶瑩剔透的玻璃裡面的獨特世界，僅僅憑著「存在」，向我們發出邀請，讓我們去沉思那些難以把握的圖騰似的理念，比如「系統」、「封閉」，甚至「存活」。
「封閉」意味著與流動隔絕。一個樹林邊上修剪整齊的花園，獨立生活在自然形成的野生狀態的包圍中。不過，花園生態所處的分離狀態是不完全的——是想像多於現實的分離。每一個花園，實際上只是我們都身歷其中的更大生物圈的一小部分。水分和營養物質從地下流入其中，氧氣和收穫物又會從中「流出」。如果沒有花園之外的那個持續存在的生物圈，花園自己就會衰敗消失。一個真正的封閉系統，是不會參與外部元素流動的；換句話說，它所有的循環都是自治的。
「系統」意味著相互連通。系統中的事物是相互糾結的，直接或者間接地連接到一個共同的命運。在一個生態球世界中，蝦吃藻類，藻類靠陽光生存，微生物則靠兩者產生的「廢料」生存。如果溫度上升得太高（超過華氏90度[3]），蝦蛻皮的速度就會超過它進食的速度，這樣一來它們實際上就是在消耗自己。而如果沒有足夠的光照，藻類的生長速度就達不到蝦所需要的水平。蝦搖擺的尾巴會攪動水，從而攪起微生物，讓每個小蟲都能得到曬太陽的機會。生態球除了個體生命，更有整體生命。
「存活」，意味著驚喜。完全黑暗的環境裡，一個普通的生態球可以生存6個月，與邏輯預期相反。而另外一個生態球，在一個溫度和光線非常穩定的辦公室裡呆了兩年之後，突然有一天爆發了繁育潮，在球裡平添了30只小蝦仔。
不過，靜態才是生態球的常態。沃肖爾不經意地寫過這樣一段話：「有時候你會覺得這個生態球太過平靜，和我們匆忙的日常生活形成鮮明的反差。我曾經想過要扮演一次非生物的上帝。拿起它搖晃一陣：來點地震怎麼樣，你這小蝦米！」
對生態球世界來說，像這樣時不時地讓其公民混亂上一陣，還真的是一件好事。紛擾維護著世界。
森林需要破壞力巨大的颶風來吹倒老樹，以便騰出空間讓新樹生長。大草原上的流火，可以釋放必須經過火燒才能擺脫硬殼束縛的物質。沒有閃電和火焰的世界會變得僵硬。海洋既有在短期內形成海底暖流的激情，也有在長期的地質運動中擠壓大陸板塊和海床的激情。瞬間的熱力、火山作用、閃電、風力以及海浪都能夠讓物質世界煥然一新。
生態球中沒有火，沒有瞬間的熱力，沒有高氧環境，沒有嚴重的衝突——即使在它最長的循環週期裡也沒有。在它的那個小空間裡，在數年的時間裡，磷酸鹽——所有活細胞的重要成分，會跟其他元素非常緊密地結合在一起。從某種意義上說，把磷酸鹽剔出這個生態球的循環，就會逐漸減少產生更多生命的希望。在低磷酸鹽的環境中，唯一能夠繁榮興盛的只有大塊的藍綠海藻，那麼，隨著時間的推移，這個物種勢必在這些穩定系統中佔據主導地位。
給這玻璃世界加點東西，比如能夠產生閃電的附件，也許能逆轉磷酸鹽的沉降，以及擺脫隨之而來的藍綠海藻必然的接手。一年有那麼幾次，讓這個由小蝦和藻類組成的平靜世界產生幾個小時的災禍，辟啪作響、嘶嘶作聲、沸騰起來。它們的休假當然會就此泡湯，但是它們的世界卻可以從此煥發青春。
在彼得·沃肖爾的生態球中（除了他的遐想之外，這個球多年來一直放在那裡沒人打擾），礦物質已經在球體的內部凝成一層堅實的晶體。從蓋亞理論的角度來說，就是生態球製造出了陸地。這塊「陸地」（由硅酸鹽、碳酸鹽以及金屬鹽組成）之所以在玻璃上形成，是因為電荷的作用，是一種自然形成的電解沉積。唐·哈曼尼，那個生產生態球的小公司的主要負責人，對他的小型玻璃蓋亞的這種趨勢非常熟悉，他半真半假地建議說，可以通過給這個球體焊上一根地線來阻止石化層的形成。
最後，鹽晶會因為自身的重量從玻璃球的表面脫落下來，沉積到液體的底部。在地球上，海底沉積岩的累積，也正是更大範圍的地質循環的一部分。碳和礦物質通過水、空氣、土地、岩石進行循環，然後重新返回到生命體中。生態球也是如此。它撫育的各種元素，也是通過大氣、水和生物圈所組成的循環達到了動態平衡。
絕大多數的野外生態學家都感到驚訝，這樣一種自我維持的封閉世界居然能夠如此簡單。看來隨著這種玩具式的生物圈的出現，那種可持續的自給自足狀態也可以輕易地創造出來，特別是如果你對這種系統維持的到底是哪些生物不太在意的話。可以說，郵購的生態球證明了一個不同尋常的斷言：自我維持的系統「主觀上」願意出現。
如果說簡單的小型系統唾手可得，那麼我們到底能夠把這種和諧擴大到什麼程度，而不至於失去這樣一個除了能量輸入之外完全封閉的自我維持的世界呢？
事實證明，生態球按比例放大後仍很完好。一個巨大的商業版生態球可達200升。這差不多是一個大垃圾箱的容積——大到你無法環抱。在一個直徑30英吋漂亮的玻璃球裡，海蝦在海藻的葉片之間戲水。不過，與通常只有三四隻食孢蝦的生態球不同，這個巨大的生態球裡裝了3000只蝦。這是一個有自己居民的小月球。大數定律在這裡應驗；多則意味著不同。更多的個體生命讓這個生態系統更具活力。事實上，生態球越大，達到穩定所需時間就越長，破壞它也就越困難。只要處於正常狀態，一個活系統的的集體代謝過程就會紮下根，然後一直持續下去。
8.3 人與綠藻息息相關
下一個問題顯然是：這種與外界流動隔絕的玻璃瓶，到底要多大、裡面要裝些什麼樣的活物，才能保障人在裡面生存？
當人類的冒失鬼們冒險穿越地球大氣這個柔軟的瓶壁的時候，上述的學術問題就具備了現實意義。你能通過保證植物持續存活，來讓人類在太空裡像蝦在生態球裡一樣持續存活嗎？你能把人也封閉在一個受到日光照射、有充足的活物的瓶子裡，讓他們相互利用彼此的呼吸嗎？這是一個值得動手去探尋的問題。
小學生都知道，動物消耗植物產出的氧氣和食物，植物則消耗動物產出的二氧化碳和養料。這是一個美好的鏡像：一方生產另一方所需要的東西，就好像蝦和水藻那樣，彼此服務。也許，可以按照植物和哺乳動物對等的要求，以一種正確的方式把它們搭配在一起，它們就能夠相互扶持。也許，人也能在一個封閉的容器裡找到適合自己的生物體化身。
第一個足夠瘋狂來做這個嘗試性實驗的人，是一名莫斯科生物醫學問題研究所的俄羅斯研究員。在對太空研究熱火朝天的頭些年裡，葉夫根尼·捨甫列夫[4]於1961年焊了一個鐵匣子，匣子的大小足以把他還有8加侖的綠藻裝進去。捨甫列夫的精心計算表明，8加侖的小球藻在鈉燈的照射下可以產生足夠一個人使用的氧氣，而一個人也可以呼出足夠8加侖的小球藻使用的二氧化碳。方程的兩邊可以相互抵消成為一體。所以，從理論上說，應該是行得通的，至少紙面上是平衡的，在黑板上的演算也非常完美。
但在這個氣密的鐵倉裡，情況卻全然不同。你不能憑理論呼吸。假如綠藻發育不良，那天才的捨甫列夫也得跟著倒霉；反之，如果捨甫列夫玩完了，那綠藻也活不下去。換句話說，在這個匣子裡，這兩個物種幾乎是完全共棲的關係，它們自身的生存完全依賴對方的存在，而不再依賴外部那個由整個星球擔當，以海洋、空氣以及各種大小生物構成的巨大的保障網絡。被封閉在這個艙裡的人和水藻，實際上已經脫離了由其他生命編織起來的寬廣網絡，形成一個分離的、封閉的系統。正是出於對科學的信念，幹練的捨甫列夫爬進了艙室並封上了門。
綠藻和人堅持了整整一天。在大約24個小時的時間中，人吸入綠藻呼出的氣息，綠藻吸入人呼出的氣息。之後腐敗的空氣把捨甫列夫趕了出來。在這一天臨近結束的時候，最初由綠藻提供的氧氣濃度迅速降低。在最後一刻，當捨甫列夫打破密封門爬出來的時候，他的同事們都被他的小屋裡的那令人反胃的惡臭驚呆了。二氧化碳和氧氣倒是交換得頗為和諧，但是綠藻和捨甫列夫排出的其他氣體，比如甲烷、氫化硫以及氨氣，卻逐漸污染了空氣。就好像寓言中那個被慢慢燒開的水煮熟的快樂青蛙，捨甫列夫自己並沒有注意到這種惡臭。
捨甫列夫帶有冒險色彩的工作，受到了遠在北西伯利亞的一個秘密實驗室中的其他蘇聯研究人員的嚴肅對待，後者繼續做了捨甫列夫的工作。捨甫列夫自己的小組能夠讓狗和老鼠在綠藻系統中生存最長7天。他們不知道，大約在同一時間，美國空軍航空醫學學院把一隻猴子關進了由綠藻製造的大氣裡50個小時。在此之後，捨甫列夫他們把一桶8加侖的小球藻放在一個更大密封室裡，並且調節了綠藻的養料以及光線的強度，創造了一個人在這個氣密室裡生存30天的記錄！在這個特別持久的過程中，研究人員發現綠藻和人的呼出物並不完全相稱。要想保持大氣的平衡，還需要使用化學濾劑去除過量的二氧化碳。不過，讓科學家們感到鼓舞的是，臭臭的甲烷的含量，在12天之後就穩定下來了。
到了1972年，也就是十多年之後，這個蘇聯的研究團隊，在約瑟夫·吉特爾森的帶領下，建立了能夠支撐人類生存的第三版小型生物棲息地。俄羅斯人管它叫生物圈３號。它的裡面很擁擠，僅可供三人生存。4個小氣密室裡裝進了好幾桶無土栽培的植物，用氙氣燈照射。盒裝的人在這些小房間裡種植、收穫那些俄羅斯出產的作物——土豆、小麥、甜菜、胡蘿蔔、甘藍、水蘿蔔、洋蔥和小茴香。他們的食物一半來自這些收穫的作物，包括用小麥做出的麵包。在這個擁擠、悶熱的密封暖房裡，人和植物相依為命共同生活長達6個月之久。
這個匣子其實還不是完全密封的。它密封的空氣倒是沒有氣體交換，但它只能再循環95%的水。蘇聯科學家事先在裡面存儲了一半的食物（肉類和蛋白質）。另外，生物圈3號不能對人類的排泄物或者廚房垃圾進行回收；生物圈3號的住客只得把這些東西從匣子裡排放出去，這樣也就排出了某些微量元素和碳。
為了避免所有的碳都在循環中流失，居民把死掉的植物中那些不能吃的燒掉一部分，把它變成二氧化碳和灰燼。幾個星期裡房間就積累了不少微量氣體，源頭各有不同：植物、建材還有居民自己。這些氣體有些是有毒的，而當時的人們還不知道如何回收這種氣體，於是，只好用催化爐把這些東西「燒」掉。
當然，NASA對在太空為人類提供食物和住所也非常感興趣。1977年，他們發起了一個持續至今的計劃：受控生態生命保障系統[5]。NASA採用的是簡約式的方法：尋找能夠生產出人類消耗所必需的氧氣、蛋白質以及維他命的最簡單的生命形式。事實上，正是在擺弄這些基本系統的過程中，身為NASA一員的曹恆信偶然發現了雖然有趣但在NASA眼中並不是特別有用的蝦/藻搭配。
1986年，NASA啟動了麵包板計劃（Breadboard Project）。這個計劃的目的是在更大的範圍內實現那些在桌面上獲得的試驗結果。麵包板計劃的管理人找到一個「水星號」宇宙飛船[6]遺留下來的廢棄的圓筒。這個巨大的管狀容器，曾經用作安在「水星號」火箭頂尖上的小型太空艙的壓力測試室。NASA給這個雙層結構的圓柱體外面添加了通風和給排水管道系統，把裡面改裝成帶有燈具、植物和循環養料架的瓶裝住宅。
與蘇聯的生物圈3號試驗的辦法一樣，麵包板計劃利用更高等的植物來平衡大氣、提供食物。一個人一天能勉強下嚥的綠藻實在有限，而且，就算一個人只吃綠藻，小球藻每天能為人類提供的養分也只達到人類所需的十分之一。正是這個原因，NASA的研究人員才放棄了綠藻系統而轉向那些不僅能清潔空氣，而且還能提供食物的植物。
看起來每個人都不約而同想到了超密集栽培。超密集栽培能夠提供真正能吃的東西，比如說小麥。而其中最可行的裝置，就是各種水培裝置，也就是把水溶性的養料通過霧、泡沫的形式傳輸給植株，或者用薄膜滴灌的方式給那些遮蓋了塑料支撐架的萵筍之類的綠葉植物輸送養分。這種精心設計的管道裝置在狹窄的空間生產出密集的植物。猶他州大學的弗蘭克·索爾茲巴利[7]找到了不少精確控制的辦法，把小麥生長所需的光照、濕度、溫度、二氧化碳含量以及養料等控制在最佳狀態，將春小麥的種植密度擴大了100倍。根據野外試驗的結果，索爾茲巴利估算出在月球基地之類的封閉環境下每一平方米超密集播種的小麥能夠產出多少卡路里。他的結論是，「一個美式橄欖球場大小的月球農場能夠供養100名月球城居民」。
100個人就靠一個足球場大小的蔬菜農場過活！這不就是傑弗遜的那個農業理想國的願景嗎！你可以想像一下，一個近鄰的星球聚居著無數帶有超大圓頂的村莊。每一個村莊都可以為自己生產食物、水、空氣、人以及文化。
然而，NASA在創造封閉的生存系統方面給許多人的感覺是，過於小心謹慎、速度緩慢得令人窒息，而且簡約到了令人無法容忍的程度。事實上，NASA這個「受控生態生命保障系統」可以用一個很貼切的詞來形容：「受控」。
而我們需要的，卻是一點點的「失控」。
8.4 巨大的生態技術玻璃球
那種比較合適的失控狀態，發端於靠近新墨西哥州聖達菲的一家年久失修的大牧場。在20世紀70年代早期，也就是公社最繁榮的時代，這家牧場收攏了一群文化不適應的典型叛道者。當時，絕大多數公社都在隨心所欲地運轉。而這個被命名為協作牧場的大牧場並未隨波逐流。這個新墨西哥州的公社要求其成員遵守紀律，辛勤勞作。大災變來臨時，他們不是聽天由命，怨天尤人，而是致力於研究怎麼做才能擺脫社會的疾患。他們設想出幾個製作巨型精神方舟的方案。那異想天開的方舟設計得越是宏大，大家對整個的構想就越感興趣。
想出了這個令人振奮的主意的，是公社的建築師菲爾·霍斯。1982年，在法國開的一次會議上，霍斯展示了一個透明球體太空飛船的實體模型。這個玻璃球裡面有花園、公寓，還有一個承接瀑布的水潭。「為什麼僅僅把太空生活看成是一段旅程，而不把它當做真正的生活來看待呢？」霍斯問道，「為什麼不仿造我們一直遊歷其中的環境建造一艘宇宙飛船呢？」換句話說，為什麼不創造一個活的衛星，來替代打造出來的死氣沉沉的空間站呢？把地球本身的整體自然環境複製出來，做出一個小型的透明球體在太空中航行。「我們知道，這是行得通的。」富有魅力的牧場領導者約翰·艾倫說道：「因為這其實就是生物圈每天在幹的事情，我們要做的，只不過是找出合適的規模。」
在離開牧場之後，協作牧場的成員仍在繼續努力實現這隱秘的生活方舟的夢想。1983年，得克薩斯州的艾德·巴斯，前牧場成員之一，利用家族非常雄厚的石油財富的一部分，為建造這個方舟的實證原型提供了資金。
跟NASA不一樣，協作牧場人解決問題靠的不是技術。他們的想法是盡可能多地在密封的玻璃圓頂屋內添置生物系統——植物、動物、昆蟲、魚還有微生物，然後，依靠初始系統的自我穩定傾向自行組織出一個生物圈的大氣。生命經營的事業就是改造環境使其有益於生命。如果你能把生物聚攏成為一個群落，給它們充分的自由製造自己茁壯成長所需的條件，這個生物集合體就能夠永遠生存下去，也沒有必要知道它是怎樣運轉的。
實際上，不僅它們不知道，生物學家們也並不真正知道植物到底是怎麼工作的——它到底需要什麼，又生產出了什麼——也根本不知道一個封閉在小屋子裡的分佈式微型生態系統到底會怎樣運轉。他們只能依靠分散的、不受控制的生命自己理出頭緒，從而達到某種自我加強的和諧狀態。
還沒有人建造過這麼大的生命體。就連高梅茲那時也還沒有建造他的珊瑚礁。協作牧場人對克萊爾·福爾索姆的生態球也只有個模糊的概念，而對俄羅斯的生物圈三號試驗的瞭解就更少了。
這個小團體——如今自稱為太空生物圈企業SBV[8]，利用艾德·巴斯資助的數千萬美金，在20世紀80年代中期，設計建造了一個小棚屋大小的試驗裝置。小棚屋裡塞滿了一個暖房那麼多的植物，一些負責水循環的別緻的管道，幾個靈敏的環境監控裝置的黑箱子，還有一個小廚房和衛生間，當然還有很多玻璃器皿。
1988年9月，約翰·艾倫把自己封閉在這個裝置中進行了第一次試驗，為期3天。跟葉夫根尼·捨甫列夫那勇敢的一步類似，這也是一次基於信念的行動。雖然是通過理性的推測精選出來了植物，但這些植物作為一個系統怎樣才能工作得好，卻是完全不受控制的。和高梅茲辛苦得來投放順序相反，SBV的傢伙們只是把所有的東西一股腦兒往裡一扔。這個封閉的家園至少能依靠某些個品種的植物來滿足一個人的肺活量。
測試的結果非常令人鼓舞。艾倫在他9月12日的日記中寫道：「看起來，我們——植物、土壤、水、陽光、夜晚還有我，已經接近了某種均衡。」在這個大氣循環達到100％的有限生物圈中，「可能原本都是由人類活動產生的」47種微量氣體的含量降到了微乎其微的水平，這是因為小棚屋的空氣是透過植被土壤傳送的——SBV把這種古老的技術現代化了。跟捨甫列夫的實驗不同的是，當艾倫走出來的時候，裡面的空氣是清新的，完全可以接納更多的人進去生活。而對於外邊的人來說，吸一口裡面的空氣，就會震驚於它的濕潤、濃厚和「鮮活」。
艾倫的試驗數據表明，人類可以在這個小屋子裡生活一段時間。後來，生物學家琳達·利在這個小玻璃棚裡過了三個星期。在21天的獨居結束之後，她跟我說：「一開始我擔心自己是否能忍受呼吸裡面的空氣，不過兩個星期之後我就幾乎不再注意那裡的濕氣了。事實上，我感到精力充沛，更舒適，也更健康了，也許是因為密閉植物清潔空氣、製造氧氣的天性使然。而大氣即使在那個小空間裡，也是穩定的。我覺得這個測試模塊完全可以持續兩年的時間，而且大氣還不出什麼問題。」
在這三周的時間裡，棚屋裡那些精密的監測設備顯示，無論是來自建築材料，還是來自生物體的微量氣體，都沒有增加。儘管總的來說，大氣是穩定的，但它也很敏感，任何微小的變異都能輕易地引起它的波動。當利在棚屋動土收紅薯的時候，她的挖掘驚擾了製造二氧化碳的土壤生物。慌亂的蟲子們暫時改變了實驗室中的二氧化碳濃度。這是蝴蝶效應的一個實例。在複雜系統中，初始條件的一個小變動都可能放大，大範圍影響到整個系統。這個原理通常是用這樣來說明的：假設北京的一隻蝴蝶扇動了一下翅膀，就會在佛羅里達州引發一場颶風。而在SBV封閉的玻璃棚屋裡，蝴蝶效應是小規模的：利動了動手指，就擾亂了大氣的平衡。
約翰·艾倫和另外一位協作牧場人馬克·尼爾森設想在不遠的將來，將火星空間站建成一個巨型封閉式系統瓶。艾倫和尼爾森逐漸推演出一種名為生態技術的混合技術，這種混合技術基於機器和活生物體的融合而建立，旨在支持未來人類外星移民。
他們對上火星的事是極其認真的，而且已經開始解決細節問題了。為了去火星甚至更遠的地方旅行，你需要一組工作人員。到底需要多少人呢？軍事長官、探險隊領隊、創業經理以及危機處理中心的人對此早有認識。他們認為，對於任何一個複雜、危險的項目來說，最理想的團隊人數是8個人。超過8個人，會造成決策緩慢和耽擱；而少於8個人，突發事件或者疏忽大意就會變成嚴重的阻礙。艾倫跟尼爾森決定採用8人一組制。
下一步：要想為8個人無限期地提供庇護、食物、水和氧氣，這個瓶裝世界要有多大？
人類的需要是相當確定的。每個成年人每天大概需要半公斤食物，一公斤氧氣，1.8公斤飲用水，美國食品及藥物管理局（FDA）建議的維他命量，以及幾加侖用來洗涮的水。克萊爾·福爾索姆從他的小生態圈中得到推算結果。按照他的計算，你需要一個半徑為58米的球體——半是空氣半是微生物的混合液——來為一個人提供無限期的氧氣供應。接著，艾倫和尼爾森提取了俄羅斯生物圈三號的試驗數據，並把它跟福爾索姆、索爾茲巴利以及其他人從密集栽培農業收穫的數據結合在一起。根據20世紀80年代的知識和技術，需要3英畝（大約1.2萬平方公理）的土地才能養活8個人。
3英畝！那個透明的容器必須得像阿斯托洛圓頂體育館[9]那麼大了。這麼大的跨度至少需要50英尺（15米多）高的穹頂，外面再罩上玻璃，它真會成為一個不尋常的景觀。當然也相當昂貴。
不過，它一定會很壯觀！他們一定會建成它！憑借艾德·巴斯的進一步資助，他們也做到了，總共追加了一億美元。這個8人方舟的工程，於1988年正式動工。協作牧場人把這個宏大的工程稱為生物圈二號（Bio2），我們地球（生物圈一號）的盆景版。建成這個「盆景」耗費了三年時間。
8.5 在持久的混沌中進行的實驗
生物圈二號跟地球相比是小，但是作為一個完全自足的玻璃容器，在人類眼裡，它的規模就很令人震撼了。生物圈二號這個巨型玻璃方舟有機場飛機庫那麼大。至於它的形狀，你可以想像一艘全身透明的遠洋輪船，再把它倒過來就是了。這個巨大的溫室的密閉性超強，連底部也是密封好的——在地下25英尺的位置埋了一個不銹鋼的托盤來防止空氣從地下洩露出去。沒有任何氣體、水或者物質能夠出入這個方舟。它就是一個體育館大小的生態球——一個巨大的物質封閉、但能量開放的系統，只不過要複雜得多。除了生物圈一號（地球）之外，生物圈二號就是最大的封閉式活系統了。
要想創造一個有生命的系統，無論大小，所面臨的挑戰都令人心生畏懼。而創造一個像生物圈二號這麼大的生命奇跡，只能說這是一種在持久的混沌中進行的實驗。我們面臨的挑戰有：首先要在幾十億種組件中挑選出幾千個合適的物種；然後把它們合理地安排在一起，讓它們能夠互通有無，以便這個混合物整體能任憑時間流逝而自我維持；還要保證沒有任何一種有機體以其他有機體為代價在這個混合體中佔據主宰的位置，只有這樣，這個整體才能保證它所有成員都不斷地運動，不會讓任何一種成分邊緣化；同時保證整個活動和大氣氣體的組分永遠維持在搖搖欲墜的狀態。噢，對了，人還得在裡面活得下去，也就是說，裡面得有東西吃，有水喝，而食物和水，也都要從這個生態圈中獲取。
面對這些挑戰，SBV決定把生物圈二號的存亡問題，托付給這樣一條設計原則：生命體大雜燴那不尋常的多樣性能夠達成統一的穩定性。而生物圈二號這個「實驗」，即使證明不了別的什麼，至少能夠為我們理解下面這條在過去的20年間幾乎被所有人都認可的假設提供某些幫助：多樣性保證了穩定性。它還可以檢驗某種程度的複雜性是否可以誕生自我延續性。
作為一個具有最大多樣性的建築，在生物圈二號最終的平面設計圖中有7個生態區（生物地理的棲息環境）。玻璃蒼穹下，一個岩石面的混凝土山直插穹頂。上面種著移植過來的熱帶樹木，還有一個噴霧系統：這個合成的山體被改造成了一片霧林，也就是高海拔地區的雨林。這片霧林向下融入一片高地熱帶草原（有一個大天井那麼大，但是長滿了齊腰高的野草）。雨林的一邊在一面懸崖邊住腳，懸崖下探至一個鹹水湖，裡面配有珊瑚、色彩斑斕的魚類，還有龍蝦。而高地草原則向下延伸到一片更低更乾燥的草原上，黑黢黢地佈滿了多刺、糾結的灌木叢。這個生態區叫作多刺高灌叢，是地球上最常見的動植物棲息地之一。在真實世界中，這種地域對人類來說幾乎是不可穿越的（因此也被忽視了）。但是在生物圈二號，它卻為人類和野生動物提供了一小塊隱居地。這片植物叢又通往一小塊緊湊濕軟的濕地，這就是第5個生態區了，它最後注入了鹹水湖。而在生物圈二號的最低處，是一片沙漠，大小跟一個體操館差不多。由於裡面濕度非常的大，所以種植的是從下加利福尼亞和南美移植來的霧漠植物。在這塊沙漠的一邊，就是第7個生態區：一塊密集農業區和城市區，這裡就是8個現代人種植食物的地方。跟諾亞的方舟一樣，這裡面也有動物。有些是為了作食用肉，有些是為了當寵物養，還有些逍遙自在：在荒野漫遊的蜥蜴，魚以及鳥類。另外還有蜜蜂、番木瓜樹、海灘、有線電視、圖書館、健身房和自助洗衣房。烏托邦啊！
這東西規模大得驚人。有一次我去參觀他們的建築工地，有一台18輪的半掛大卡朝生物圈二號的辦公室開去。司機從車窗裡斜探出身子問他們想要把海放在哪裡，他拖來了一整車的海鹽，還要在天黑之前把這車東西卸下來。辦公室的工作人員指了指工地中心的一個大洞。在那裡，史密森學會[10]的瓦爾特·阿迪正在建一個100萬加侖的海，有珊瑚礁，有湖沼。在這個巨大的水族箱裡，有足夠緊湊的空間讓各種驚喜出現。
造一個海並不是容易的事情。不信你可以去問高梅茲還有那些喜歡擺弄鹹水水族箱的業餘愛好者們。阿迪曾經在史密森學會的一個博物館開館前給它培養過一個人造的、能夠自我再生的珊瑚礁。不過生物圈二號的這個海極大，它有自己的沙灘。它的一端是一個昂貴的波浪生發泵，給珊瑚提供它們所喜愛的湍流。就是這個機器，還可以按照月亮盈缺的循環週期製造出半米高的海潮。
司機把海卸下來了：一堆每包重50磅（約22.6公斤）的速溶大海，跟你在熱帶水族店裡買的沒什麼兩樣。稍後，另一輛卡車會從太平洋拉來含有合適微生物（類似發麵團用的酵母）的啟動溶液，然後攪和好，倒進去。
負責修建生物圈二號野生物區的那些生態學家屬於一個學派。他們認為：土壤加上蟲子就是生態學。為了獲得你想要的那種熱帶雨林，你需要有合適的叢林土壤。為了能在亞利桑那州得到這樣的土壤，你必須從零開始。用推土機鏟一兩斗的玄武岩、一些沙子和一些粘土，再撒進去一點合適的微生物，然後混合到位。生物圈二號中的所有6個生態區下面的土壤，都是這樣辛苦得來的。「我們一開始沒有意識到的是，」托尼·博格斯說，「土壤是活的。它們會呼吸，而且跟你呼吸得一樣快。你必須像對待有生命的東西一樣對待土壤。最終是土壤控制著生物區系。」
一旦擁有了土壤，你就可以扮演諾亞的角色了。諾亞把所有能活動的東西都弄上了他的方舟，當然這種做法在這裡肯定是行不通的。生物圈二號封閉系統的設計者不斷地返回到那個讓人又氣惱又興奮的問題上：生物圈二號到底應該吸納哪些物種？現在問題已經不僅僅是「我們需要什麼樣的有機體才能正好對應上8個人的呼吸」了。現在的難題是「我們得選什麼樣的有機體才能對應上蓋亞？」什麼樣的物種組合，才能生產出供呼吸的氧氣、供食用的植物、餵養食用動物（如果有的話）的植物，以及供養食用植物的物種？我們如何才能隨便用有機體編織出一張自我支持的網絡？我們怎樣才能啟動一種共同進化的回路？
幾乎可以任舉一種生物為例。絕大多數的水果都需要昆蟲來授粉。所以如果你希望生物圈二號裡有藍莓，你就需要蜜蜂。但是你要想讓蜜蜂在藍莓準備好授粉的時候飛過來，你就要讓它們在其他季節也有花采。可如果你要為蜜蜂提供足夠的應季花朵以免它們餓死，那其他的植物就沒地方擺了。那麼，也許可以換另外一種同樣能夠授粉的蜂？你可以用草蜂，一點點花就能養活它。可是它們不去為藍莓以及其他幾種你想要的果實授粉。那麼，蛾子呢？以此類推，你就會一直在生物目錄上這麼找下去了。要分解枯朽的木本植物，白蟻是必需的，但人們發現它們喜歡吃窗戶邊上的密封膠。那麼，又到哪裡去找一種能夠替代白蟻，同時又能和其他生物和平共處的益蟲呢？
「這個問題挺棘手」，這個項目的生態學顧問彼得·沃肖爾說，「想要挑出100樣生物，然後讓它們組成一個『野生環境』，哪怕從一個地方來挑，也是相當難的事情。而在這裡，因為我們有這麼多的生態區，我們得從世界各地把它們挑出來混合在一起。」
為了要拼湊起一個合成生態區，六七個生態學家一起坐下來玩這個終極拼圖遊戲。每個科學家都是某個方面的專家，要麼是哺乳動物、昆蟲、鳥類，要麼是植物。儘管他們瞭解一些莎草和池蛙的情況，但是他們的知識很少是可以系統地加以利用的。沃肖爾歎息道：「如果什麼地方能有一個關於所有已知物種的數據庫，裡面列出它們的食物和能量要求、生活習性、所產生的廢物、相伴物種、繁育要求諸如此類的東西就好了。但是，現在連與之稍微有點類似的都沒有。就是對那些相當常見的物種，我們瞭解的也很少。事實上，這個項目讓我們看到，我們對任何物種都所知甚少。」
在設計生態區的那個夏天，急待解決的問題是：「呃，一隻蝙蝠到底要吃多少蛾子？」到最後，選出一千多種較高等生物的工作，實質上成了有根據的猜測和某種生物外交活動。每一個生態學家都列了一個長長的待選名單，裡面有他們最鍾意、可能是最多才多藝、也最靈活的物種。他們的腦子裡滿是各種相互衝突的因素——加號、減號，喜歡跟這傢伙在一起，又跟那個處不到一塊。生態學家們推測生物競爭對手的競爭力。他們為幫助生物爭取水和日照的權利而鬥爭。就好像他們是一些大使，為了保護他們所選出的那些物種的地盤不被侵佔而進行著外交努力。
「我的海龜需要那些從樹上掉下來的果實，越多越好，」說這話的是生物圈二號的沙漠生態學家托尼·博格斯，「可是海龜會讓果蠅無法繁育，而沃肖爾的蜂鳥需要吃果蠅。我們是不是應該種更多的樹來增加剩餘果實的數量，要不就把這塊地方用作蝙蝠的棲息地？」
於是，談判開始了：如果我能為鳥類爭取到這種花，你就可以保留你的蝙蝠。偶爾，彬彬有禮的外交活動，也會變成赤裸裸的顛覆行為。管沼澤的傢伙想要他挑的鋸齒草，可沃肖爾不喜歡他的選擇，因為他覺得這個物種太富攻擊性，而且會侵略到他照看的那片干地生態群系。最後，沃肖爾向管沼澤的傢伙的選擇做了有條件的讓步，不過，半真半假地找補了一句：「噢，反正也沒有大不了的，因為我正準備種些高點的大象草來遮住你的那些東西。」管沼澤的傢伙回敬說他正準備種松樹，比這兩個都高。沃肖爾開懷大笑，發誓說他一定會在邊緣地帶種上一圈番石榴樹作為防禦牆，這種樹倒是不比松樹高，可是它長得快，而且要快得多，可以提前佔領這個生態位。
物物相關使規劃成了一場噩夢。生態學家們喜歡採用的一種做法是在食物網絡中設立冗余的路徑。如果每個食物網絡中有多條食物鏈，那麼，假設沙蠅死絕了，還有其他的東西可以成為蜥蜴的備選食物。所以說，他們的做法不是要去跟那個糾結複雜的相互關係網鬥爭，而是去發掘它。而要做到這一點的關鍵，就是要發現具備盡可能多的替代能力的生物體，只有這樣，當物種的某種角色不起作用了，它還有另外一兩個方法來完善某個物種的循環回路。
「設計一個生態群系，實際上是一個像上帝一樣去思考的機會，」沃肖爾回憶說。你，作為一個上帝，能夠從無中生出某種有來。你可以創造出某些東西——某些奇妙的、合成的、活生生的生態系統，但是對於其中到底會進化出什麼，你是控制不了的。你所能做的唯一的事情，就是把所有的部件都歸攏到一起，然後讓它們自己組裝成某種行得通的東西。瓦爾特·阿迪說：「野外的生態系統是由各種補丁拼湊起來的。你向這個系統中注入盡可能多的物種，然後讓這個系統自己去決定它到底想要哪塊物種補進來。」事實上，把控制權交出去，已經成為「合成生態學的原則」之一。「我們必須接受這樣一個事實，」阿迪繼續說，「蘊含在一個生態系統中的信息遠遠超過了我們頭腦中的信息。如果我們只對我們能夠控制和理解的東西進行嘗試，我們肯定會失敗。」所以，他警告說，自然生成的生物圈二號生態，其精確的細節是無法預測的。
可細節卻是至關重要的東西。8條人命就靠這些形成生物圈二號的整體的細節上。生物圈二號的造物主之一，托尼·博格斯，為沙漠生態群系訂購了沙丘上的沙子讓卡車運進來，因為生物圈二號有的只是建築用沙，而對於陸龜來說，這種沙子太尖利，會劃破它們的腳。「你必須好好地照顧你的龜，這樣它們才能照顧好你。」他說這話的時候，有一種神父一樣的語氣。
在生物圈二號頭兩年中，那些到處亂跑、照顧著這個系統的生物數量非常少，因為沒有足夠的野生食物來讓它們大規模地生存。沃肖爾幾乎沒有把像猴子一樣的非洲嬰猴放進去，因為他不能肯定初生的洋槐能否為它們提供足夠的咀嚼物。最後他放了4只嬰猴在裡面，又在方舟的地下室裡存放了幾百磅救急用的猴嚼谷。生物圈二號其他野生動物居民還有豹紋龜、藍舌石龍子（「因為它們是通才」——不挑食）、各種蜥蜴、小雀類，以及袖珍綠蜂鳥（部分原因是為了授粉）。「絕大多數的物種都會是袖珍型的，」在封閉之前，沃肖爾告訴《發現》雜誌的記者，「因為我們確實沒有那麼大的空間。事實上，最理想的是我們能連人也弄成袖珍的。」
這些動物，並不是一對一對地放進去的。「要想保障繁殖，雌性的比例應該高一點，」沃肖爾告訴我，「原則上，我們想讓雌性和雄性的比例達到5:3。我知道主管約翰·艾倫說的8個人——4男4女，這對於人類的新建殖民地和繁殖來說是最小的規模了，但是從符合生態學而不是符合政治觀點來看，生物圈二號的組員其實應該是5個女性、3個男性。」
有史以來第一次，創造一個生物圈的謎題逼得生態學家們不得不像工程師那樣去考慮問題了：「需要的東西都齊了，用什麼樣的材料才合適？」與此同時，參與這個計劃的工程師們，則不得不像生物學家那樣去思考問題：「這可不是土，這是活物！」
對生物圈二號的設計者們來說，一個難以解決的問題是為霧林造雨。降雨很難。最初的計劃比較樂觀，就是在覆蓋叢林分區的85英尺高的玻璃屋頂的最高處安一些冷凝管。這些冷凝管會凝結叢林中的濕氣，形成溫和的雨滴從天頂降下——真正的人工雨。但是，早期的測試表明，這種方式獲得的雨水出現的次數非常少，而一旦出現，又太大、太具有摧毀性，根本不是計劃中的那種植物所需的溫柔持續的雨水。第二個獲得雨水的計劃寄熱望於固定在上空框架上的灑水裝置，但事實證明這個辦法簡直是維護方面的一個噩夢：在兩年的時間裡，這些被打了精細的小孔的噴霧裝置，肯定需要疏通或更換。最後的設計方案是把散置在坡面上的水管在末端裝上水霧噴頭，然後把「雨水」從這些噴頭裡噴出來。
生活在一個物質封閉的小系統裡面，有一點未曾預料得到，那就是水不僅不缺，而且還頗為充裕。在大約一周的時間裡，所有的水都完成了一次循環，通過濕地的處理區中微生物的活動而得到了淨化。當你的用水量加大時，也不過是稍微加快了水進入循環的速度罷了。
生命的任何領域都是由數不清的獨立的回路編織而成的。生命的回路——物質、功能和能量所追循的路線——重重疊疊、橫七豎八地交織起來，形成解不開的結，直至脈絡莫辨。顯現出來的只有由這些回路編結而成的更大的模式。每個環路都使其他環路變得更強，直至形成一個難以解開的整體。
這並不是說，在包裹得嚴嚴實實的生態系統中，就沒有什麼滅絕的事情發生。一定的滅絕率，對於進化來說是必要的。在之前做部分封閉的珊瑚礁的時候，瓦爾特·阿迪所得到的物種流失率大概是1%。他估計在第一個兩年週期結束的時候，整個生物圈二號中的物種會有30%~40%的下降（我在寫這本書的時候，耶魯大學的生物學家們還沒有完成物種流失的研究，目前正在清點生物圈二號重新開放之後的物種數量[11]。）
不過阿迪相信，他已經學會如何培育多樣性了：「我們所做的，就是塞進去比我們希望能活下來的物種數量更多的生物。這樣流失率就會降下來。特別是昆蟲和低等生物。之後，等到新的一輪重新開始的時候，我們就再過量地往裡塞，不過換一些有些許差別的物種——這是我們的第二次猜想。可能會發生的情況是，這一次還是會有大比例的損失，也許是四分之一。但是我們在下一次封閉的時候再進行重新注入。每一次，物種的數量都會穩定在一個比上一次高一點的水平上。而系統越複雜，它所能容納的物種就越多。當我們不斷這樣做下去的時候，多樣性就確立起來了。而如果你把生物圈二號在最後所能容納的物種都在第一次就放進去，這個系統就會在一開始就崩潰。」可以說，這個巨大的玻璃瓶，其實是個多樣性的泵機——它能增加多樣性。
留給生物圈二號的生態學家的一個巨大問題，就是如何以最佳方式啟動初始多樣性，使它成為後續多樣性成長的槓桿。而這個問題，跟那個如何能把所有的動物都裝到方舟上去的實際問題是緊密相關的。你要怎麼做，才能把3000個互相依存的生物塞到籠子裡去——還得是活著的？阿迪曾經提出過這樣一個建議：用縮寫一本書的方法壓縮整個生態群系，然後把它挪進生物圈二號那個相對來說縮小了的空間，也就是說，選擇分散在各處的精華，然後把它們融合進一個取樣器。
他在佛羅里達州的埃弗格萊茲地區選了一塊30英里長的優良的紅樹林沼澤，把它一格格地勘查了一遍。按照鹽分含量的梯度，大約每半英里就挖一小方紅樹根（4英尺深、4平方英尺大）。把這帶有多葉的枝條、根、泥以及附著在上面的籐壺的樣本裝箱拉上岸，這些分段取出的沼澤樣本，每一塊的含鹽量都因其中稍有不同的微生物而略有不同。在和一些把紅樹認作芒果[12]的農業海關人員長時間談判之後，這些沼澤樣本被運回了亞利桑那州。
就在這些來自大沼澤區的泥塊等著被放進生物圈二號的沼澤裡的同時，生物圈二號的工人們把水密箱和各種管道組成的網絡鉤連起來，使其形成一個分佈式的鹽水潮。然後大約30塊立方體就被重新安放在了生物圈二號裡。開箱之後，重新形成的沼澤，只佔了小小的90×30英尺的地方。不過在這個排球場大小的沼澤中，每個部分都生活著越來越多的嗜鹽微生物的混合體。這樣一來，從淡水到鹽水的生命流，就被壓縮到了一個雞犬相聞的範圍之中。對於一個生態系統來說，要運用與此類似的方法，規模是其關鍵問題的一部分。比如說，當沃肖爾鼓搗那些用來製造一個小型稀樹草原的各部分的時候，他搖著頭說：「我們最多也就把大約一個系統的十分之一的品種搬進了生物圈二號。至於昆蟲，這個比例差不多接近百分之一。在西部非洲的一片稀樹草原上會有35種蟲子。而我們這裡最多也就3種。所以，問題在於：我們到底是在弄草原還是在弄草坪？這當然要比草坪強……可到底能強多少，我就不知道了。」[13]
8.6 另外一種合成生態系統
獲取自然環境中的某些部分，再將它們重新組裝成濕地或者草原，只是建立生態區的辦法之一，生態學家們把這種辦法叫作「比對」法。這種辦法的效果似乎還不錯，但是，正如托尼·博格斯所指出的：「這個辦法其實有兩種途徑。你可以模擬在自然界中發現的某個特定的環境，或者參照多個環境創造一個合成的環境。」生物圈二號最終成了一個合成的生態系統，其中有很多比對的部分，比如阿迪的沼澤。
「生物圈二號是一種合成的生態系統，而現在的加利福尼亞也是一種合成的生態系統。」博格斯說。沃肖爾也同意這種觀點：「你在加利福尼亞州所看到的，其實是未來的一個徵兆。一種程度很深的合成生態。它有數百種非本地的物種。澳大利亞的很多地方也在朝著這條路走。而且紅杉樹/桉樹林其實也是一種新的合成生態。」在這個飛機傳播的世界，很多物種有意無意地搭上飛機，從它們的原生地傳播到它們原本根本不能到達的遠方，造就了許多不同的生態系統。沃肖爾說：「第一個使用合成生態（synthetic ecology）這個詞的人是瓦爾特·阿迪。之後我意識到其實在生物圈一號裡已經有了大量的合成生態。而我並沒有在生物圈二號中發明一個合成的生態，我只是把早已經存在的東西進行了複製而已。」康奈爾大學的愛德華·密爾斯已經在北美五大湖中識別出了136種來自歐洲、太平洋和其他地方的魚，它們已經在五大湖地區興旺發達了。「也許五大湖地區絕大多數的生物量其實都是外來的，」密爾斯宣稱，「它現在已經是一個十足的人造系統了」。
我們不妨開發一門關於合成生態的科學，反正我們已經在不經意間創造了合成生態。很多古生態學家認為，人類早期的整個活動譜系——打獵、放牧、放火燒荒以及對草藥的選擇和收集，已經在荒野打造出了一種「人工的」生態，確切地說，就是依靠人類的技能大大改變了的生態。所有那些我們覺得是自然的、未受侵犯的野生環境，其實都充滿了人為和人類活動的痕跡。「很多雨林實際在很大程度上處於印第安土著的管理之下，」博格斯說，「可是等到我們進去的時候，我們做的第一件事就是清除印第安人，於是管理技能就消失了。我們之所以認為這片老樹是原始雨林，是因為我們自己所知道的唯一的管理樹木的方式就是把樹砍掉，而這裡沒有明顯的砍伐痕跡。」博格斯相信，人類活動的痕跡留得很深，根本不會被輕易抹除。「一旦你改變了生態系統，並找到適合播種的種子，以及必不可少的氣候窗口，改變就開始了，而且這是不可逆轉的。這個合成的生態系統持續運轉下去並不需要人的存在，它不受干擾地運轉。加利福尼亞的人即使都死了，現在這個合成的動植物群落仍會保持下去。這是一種新的亞穩定狀態[14]，只要現有的自我強化的條件不變化，它就會一直如此。」
博格斯認為：「加利福尼亞、智利以及澳大利亞正在非常迅速地會聚合流，成為同樣的合成生態。同樣的人，同樣的目的：弄走那些古老的食草動物，換上生產牛肉的牛。」作為一個合成的生態，生物圈二號實際上正預示著未來的生態學。顯然，我們對自然界的影響並沒有消失。而也許生物圈二號這個大玻璃瓶能夠教會我們如何人工地演化出一種有用的、破壞性更小的合成生態。
當這些生態學家存心裝配第一個合成生態的時候，他們嘗試著設計了幾條他們覺得對於創造任何活的封閉生物系統都非常重要的指導原則。生物圈二號的製造者們把這些原則稱為「生物圈原則」。創造生物圈的時候要記住：
◎微生物做絕大部分的工作。
◎土壤是有機體。它是活的。它會呼吸。
◎創造【冗余】（多餘）的食物網絡。
◎逐步地增加多樣性。
◎如果不能提供一種物理功能，就需要模擬一個類似的功能。
◎大氣會傳達整個系統的狀態。
◎聆聽系統：看看它要去哪裡。
雨林、凍土帶、沼澤本身並不是自然的封閉系統：它們相互之間是開放的。我們所知道的唯一的自然封閉系統：整體來看是地球，或者說，蓋亞。說到底，我們對創造新的封閉系統的興趣，其實還是在於調配出擁有自己生命的生態系統的實例，這樣我們就能概括它們的表現，從而去理解地球系統，我們的家園。
在封閉系統中，共同進化的多樣性得到了集中體現。把蝦倒進一個燒瓶裡然後卡死瓶頸，就好像是把一條變色龍扔進了一個鏡像瓶，然後堵上入口。這條變色龍會對它自己生成的形象做出反應，就好像蝦會對它自己形成的氛圍做出反應一樣。封了口的瓶子——當內部的回路編織成形然後又變得緊湊之後——就會加速其內部的變化及進化。這種隔絕，就跟陸棲進化的隔絕一樣，培育著多樣性和顯著的差異性。
不過，最終，所有的封閉系統都是會被打開的，至少會出現洩露。我們可以肯定的是，無論哪一個人工製造的封閉系統，都或早或晚地會被打開。生物圈二號大約會每年封閉、打開一次。而在宇宙中，在星系時間的尺度內，星球的這種封閉體系也會被穿透，以交叉的方式相互提供生命種子——彼此交換一下物種。宇宙的生態類型是：封閉系統（各星球）中的某個星系，像被鎖在鏡像瓶裡的變色龍那樣瘋狂地發明著各種東西。而時不時地，從一個封閉系統中產生出來的奇跡，就會給另外的一個封閉系統帶來震撼。
在蓋亞，我們所建造的那些在短暫的時間內處於封閉狀態的小蓋亞，絕大多數其實都只是有指導意義的輔助物。它們是為了回答一個基本問題建造出來的模型：我們對地球上這個大一統的生命體系到底能產生什麼樣的影響，發揮什麼樣的作用？有沒有我們可以達到的控制層面，要麼，蓋亞根本就不受我們控制？
[1] 噴氣推力實驗室：Jet Propulsion Laboratory
[2] 高級生保計劃：Advance Life-support Program
[3] 華氏90度：約合攝氏32.2度。
[4] 葉夫根尼·捨甫列夫（Evgenii Shepelev）：第一位在封閉的生命系統內中生活的人類。構成該系統生物再生部分的只有小球藻。
[5] 受控生態生命保障系統：CELSS，Controlled Ecological Life Support System
[6] 「水星號」：是美國的第一代載人飛船，總共進行了25次飛行試驗，其中6次是載人飛行試驗。「水星號」飛船計劃始於1958年10月，結束於1963年5月，歷時4年8個月。
[7] 弗蘭克·索爾茲巴利（Frank Salisbury）：1955年獲加州理工學院植物生理學/地球化學博士學位，先後在波摩納學院、科羅拉多州州立大學任教，1966年到猶他州州立大學農業學院擔任新建立的植物科學系主任直至退休。研究範圍包括開花生理學、雪下植物生長、受控環境下的植物生長（以向宇航員提供食物和氧氣）以及植物對地心引力的反應等。
[8] 太空生物圈企業（SBV - Space Biosphere Ventures）：是生物圈二號最早的管理機構，由石油大亨愛德·巴斯提供部分資金。該機構的投資人試圖從項目進程中獲取商用技術。1996年美國哥倫比亞大學加入，建立生物圈二號中心股份公司。該合資公司將生物圈二號的設施改造成為會議、教學以及日後短期的不包括人類的人造生態系統研究基地。
[9] 阿斯托洛圓頂體育館：耗資3100萬美元、於1965年興建完成的這一運動場是目前世界上最大的一座室內運動場，內部裝有冷暖氣設備。棒球、足球、騫馬，以至於馬戲團表演，都可以在室內進行。緊鄰的阿斯托洛世界（Astro World）是一個規模極大的娛樂中心，遊客可以觀賞歐洲各種村落的景色，也能夠欣賞各類表演。
[10] 史密森學會（Smithsonian Institution）：英國科學家詹姆斯·史密森去世後遵照其遺囑，在1836年將時值50萬美金（約合2008年的1000萬美金）的遺產饋贈給美國政府，並在8年後設立了史密森尼學會。今天，史密森尼學會已成為世界上最大的博物館系統和研究機構聯合體，擁有19處博物館和動物園，以及9個研究中心。
[11] 生物圈二號的物種流失：由於物種關係失調，熱帶雨林植物和葡萄籐在高二氧化碳濃度下過度生長；所有傳播花粉的昆蟲消失，大多數植物滅亡；外來侵入的螞蟻和其依生生物以及微生物成為獨佔物種；引入的25種脊椎動物中有19種消失。
[12] 紅樹認作芒果：英語中，紅樹（mangroves）和芒果（mangoes）的拼寫很接近。
[13] 生物圈二號的結局：在經過兩年半的實驗後，生物圈二號宣告其長期維持8個人生存的努力失敗。原因主要有化學元素循環平衡失調、物種關係失調、水循環失調、食物短缺等。2005年該工程被出售，現在已用於觀光和社區建設。
[14] 亞穩態：meta-stable state，又稱脆弱的平衡態，多見於弱力作用的物理和化學系統。系統處於亞穩態也滿足平衡條件和穩定性條件。但是該系統往往受外界小的干擾時，即向穩定的平衡態過渡。