第九章 “冒出”的生态圈

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9.1 一亿美元玻璃方舟的副驾驶

“我觉得自己仿佛身处遥远的太空。”罗伊·沃尔福德通过视频连线对记者说。自1991年9月26日至1993年9月26日,方舟进行了首次为期两年的封闭实验,罗伊是当时住在生物圈二号里的人之一。在那段时间里,8个人,或者说是8个生物圈人,断绝了与地球上一切其他生命的直接联系,远离了由生命推进的所有实实在在的物质流,他们在袖珍盖亚中构建了一个与世隔绝的、自治的生命圈,并生活在其中。他们仿佛住进了太空。

沃尔福德身体健康,但是却奇瘦无比,给人吃不饱饭的感觉。在那两年里,所有的生物圈人都没有吃过饱饭。他们的超微型农场一直受到虫害的困扰。由于他们不能向这些肆虐的小动物喷洒农药——否则稍后就得饮用蒸馏过的水了,所以他们只能忍饥挨饿。绝望的生物圈人曾一度匍匐在马铃薯的垄沟,用便携式吹风机驱赶叶片上的小虫,但是没有成功。结果,他们总共失去了5种主食作物。其中一位生物圈人的体重更是从208磅骤减至156磅。不过,他为此做了充分的准备,随身带了几件刚来时穿还嫌太小的衣服。

一些科学家认为,一开始就让人类生活在生物圈二号中并不是最有效的方式。他们的自然学家顾问彼得·沃肖尔说:“作为一名科学家,我更赞同第一年只把最底层的两三种生物封闭其中:放入单细胞微生物以及更低等的生物。我们就可以观察这个微生物小宇宙是如何调节大气的。接下来,再把所有东西都放进去,把系统封闭一年,比较其间的变化。”一些科学家认为,难以伺候的现代人类根本就不应该进入生物圈二号,人类在里面仅仅是增添了一些娱乐色彩。还有许多科学家确信,相比于发展人类在地球以外生存技术的实用目标,生态研究毫无意义。为了评判在这个项目的科学意义和进程安排上的对立观点,生物圈二号的资助者艾德·巴斯先生授权成立了一个独立的科学顾问委员会。1992年7月,他们递交了一份报告,肯定了这项实验的双重意义。报告阐述如下:

委员会认识到,生物圈二号工程至少能对两大科学领域做出显著贡献。其一,让我们了解封闭系统的生物地球化学循环。从这个角度来说,生物圈二号比以往所研究过的封闭系统都要大得多,也复杂得多。在以往的研究中,人类除去对系统进行观察和测量外,并没有必要出现在封闭系统中,因而其重要性也有所折扣。其二,让我们获得了在封闭的生态系统中维持人类生存和生态平衡的知识和经验。综上所述,人类的存在正是这项实验的核心。

作为后一种情况的例子,人类居住在封闭系统里的第一年,就产生了一个完全出乎意料的医学结果。对这群与世隔绝的生物圈人的常规血液测试表明,他们血液中的杀虫剂和除草剂浓度增加了。因为生物圈二号里任何一个环境因素都受到持续而精确的监控,可以说是有史以来受监控程度最严密的环境,所以科学家们知道这里面不可能存在任何杀虫剂或是除草剂。他们甚至在一位曾经在第三世界国家生活过的生物圈人的血液里,找到了美国20年前就禁止使用的杀虫剂成分。根据医生的推测,由于日常食物有限,生物圈人的体重大幅度下降,于是开始消耗过去储存在体内的脂肪,导致几十年前残留在脂肪中的毒素释放出来。在生物圈二号建成之前,精确测试人体内的毒素并没有什么科学意义,因为没有办法严格控制人们的饮食,甚或是呼吸的空气和接触的事物。但现在有了。生物圈二号不仅提供了一个精确追踪生态系统中污染物质流向的实验室,也提供了一个精确追踪污染物在人体内流动的实验室。

人体本身是一个巨大的复杂系统——尽管我们有先进的医学知识,但是仍未被探明,我们只能将其孤立于更加复杂的生命之外加以适当的研究。生物圈二号是进行这项研究的极好方式。但是科学顾问委员会却忽略了载入人类的另一个理由,这个理由在重要性上堪比为人类进入太空做好准备;这个理由事关控制与辅助。人类将充当“通往思想之路的拇指”,成为初期到场的伴护,一旦过了那个阶段,也就不需要人类了。封闭的生态系统一旦稳定下来,人类就非必不可少了,不过,他们可能有助于稳定系统。

譬如说,从时间成本的角度看,任何一位科学家也负担不起这样的损失:任由苦心经营多年才涌现出的生态系统随时自行崩溃,不得不从头再来。而生活在生态圈里的人类可以将这个封闭系统从灾难的边缘拉回来;只要他们测量并记录下自己的所做所为,就不违背科学研究的宗旨。在很大程度上,生物圈二号这个人造的生态系统循自己的线路运行,当它滑向失控状态,或者停止运转时,生物圈人可助其一臂之力。他们与这个涌现出来的系统共享控制权。他们是副驾驶。

生物圈人共享控制权的方式之一,是起到“关键捕食者”[1]的作用——生态抑制的最后一招。超过生态位[2]的植物或动物数量都受到人类的“仲裁”,保持在合理的范围内。如果薰衣草灌木丛生长过旺,生物圈人就手起刀落,把它们劈回到合适的密度。当热带稀树草原上的草疯长,挤占了仙人掌的生存空间,他们就拼命除草。事实上生物圈人每天要花几个小时的时间在野地里除草(还不算他们在庄稼地里除草的时间)。阿迪说:“你想要建立多小的合成生态系统都随你。不过,你建立的系统越小,人类作为操刀手的作用就越大,因为他们必须表现出比施加于生态群落上的自然力量更强大的力量。我们从自然获得的施予令人难以置信。”

我们从自然中获得的施予是令人难以置信的,这是参与生物圈二号的自然科学家们一次又一次发出的信息。生物圈二号最缺少的生态施予就是扰动。突如其来不合时宜的大雨、风、闪电、轰然倒下的大树,出乎意料的事件,等等。正如同在那个迷你的“生态球”中一样,不论是温和也好还是粗暴也好,自然都需要一些变化。扰动对养分循环来说至关重要。突如其来的一场大火可以催生出一片大草原或者一片森林。彼得·沃肖尔说:“生物圈二号中的一切都是受控的,但是大自然需要狂野,需要一点点的混乱。用人工来产生扰动是一件昂贵的事情。另外,扰动也是一种沟通的方式,是不同的物种和不同的小生境间彼此打招呼的方式。诸如摇晃这样的扰动,对于最大化小生境的效率来说也是必不可少的。而我们这里没有任何扰动。”

生物圈二号中的人类就是扰动之上帝、混乱之代表。作为驾驶员,他们有责任共同控制方舟,而从另一个角度讲,他们也有责任不时制造一定的失控状态,做个破坏分子。

沃肖尔负责在生物圈二号里制造微型热带草原以及针对它的微小扰动。他说,热带草原在周期扰动的情况下进化,时不时地需要自然助力。热带草原上的植物都需要一些扰动,要么经过火的洗礼,要么遭到羚羊的啃噬。他说:“热带草原对扰动非常适应,以至于没有了扰动,它就难以维持下去。”接着他开玩笑说,可以在生物圈二号的热带草原上立一块标牌,上面写着“欢迎打扰”。

扰动是生态的必要催化剂,但是在生物圈二号这样的人工环境中复制这样的扰动却不便宜。搅动湖水的造波机既复杂、嘈杂,又昂贵,还没完没了地失灵;更糟糕的是,它只能制造非常规则的小波动——产生最小的扰动。生物圈二号地下的巨大风扇推动四周的空气,模拟风的运动,但是这样的风却几乎吹不动花粉。制造能够吹动花粉的风昂贵得让人咋舌,而火带来的烟雾也会熏倒里面的人类。

沃肖尔说:“如果我们真的要把这个工程做得完美的话,就要为青蛙模拟雷电现象,因为大雨倾盆和电闪雷鸣能刺激它们繁殖。不过我们真正模拟的不是地球,而是在模拟诺亚方舟。事实上,我们要问的问题是,我们究竟可以切断多少联系,还能保证一个物种的生存?”

“还好,我们还没有垮掉!”瓦尔特·阿迪轻声笑道。尽管一直与世隔绝,接触不到大自然的施予,他在生物圈二号创建的模拟珊瑚礁以及在史密森尼[3]的模拟沼泽地都还茁壮成长(某人曾对着它开大了水龙头,使其经历了一场暴风雨)。阿迪说:“只要处置得当,它们是很难被杀死的——即便偶尔处置不当也没关系。我的一个学生有一天晚上忘了拔掉史密森尼沼泽地的某个插头,致使盐水淹没了主电路板,凌晨两点的时候整个东西都炸飞了。直到第二天下午我们才修复了沼泽的抽水机,但是沼泽却活下来了。我们不知道,如果我们被这么折腾的话,能活多久。”

9.2 城市野草

生命在生物圈二号中不断繁衍,生生不息。生态瓶里肥沃富饶,生机勃勃。生物圈二号头两年诞生的幼崽中,最引人注目的是系统关闭后头几个月里诞生的夜猴。两只非洲矮山羊孕育了5个小生命;奥萨博岛猪[4]产下7只小猪;一条格纹交错的乌梢蛇在雨林边缘淡黄色地带迎来了她的3个小宝宝;蜥蜴把众多的蜥蜴宝宝悄悄藏在了沙漠岩石下面。

不过,所有的大黄蜂都死了。4只蜂鸟也都死了。围湖里的一种珊瑚(总共有40支)也走向了“灭绝”,仅存一支。所有的蓝带雀还在过渡笼里时就都死了,也许亚利桑那州异常多云的冬天太冷了,它们受不了。生物圈二号内的生物学家琳达·利很伤感,她想,如果早点把它们放出来,说不定它们能自己找到一个温暖的藏身角落。此时,人类成了懊悔的神。而且,命运始终具有讽刺意味。在系统封闭之前,三只英国麻雀偷偷地溜进来,成了不速之客,在这里快乐地生活。利抱怨说,麻雀既傲慢又吵闹,甚至一意孤行、粗鲁不堪,而蓝带雀优雅、安宁,是悠扬的歌唱家。

斯图尔特·布兰德有一次在电话里刺激琳达:“你们这些人怎么回事?为什么不顺其自然呢?留着麻雀吧,别再想那些蓝带雀了!”布兰德极力推荐进化论:找到活下来的生物,任其自然繁殖。让生物圈告诉你自己要向何处发展。利坦白地说:“第一次听斯图尔特这么说时,我被吓了一跳,不过,我越来越赞同他的说法。”问题是,不速之客不仅只有麻雀,还有生长在人工热带大草原上的霸道的藤蔓,沙漠上的热带草原草,无处不在的蚂蚁,以及其他不请自来的生物。

城市化导致边缘物种[5]的出现。当今世界分裂成一个个的小斑块;存留下来的荒野则被分割成岛屿;那些能够繁衍生息的物种最适合在斑块间的区域茁壮成长。而生物圈二号就是各种边缘地带的紧缩合集。它单位面积所包含的生态边缘比地球上任何一个地方都要多。不过它既没有所谓的中心地带,也没有幽暗的地下世界。欧洲的大部分地区以及亚洲的许多地方,还有北美洲东部都正在逐渐显露出这个特点。边缘物种都是些机会主义分子:乌鸦、鸽子、老鼠和杂草,它们在世界各地的城市边缘随处可见。

林恩·马基莉斯,这位直言不讳的斗士、盖亚理论的合著者,在生物圈二号封闭以前就对它的前景作出了预言。她告诉我:“这个系统最终将被‘城市野草’所覆盖。”“城市野草”是指那些活跃在人类制造出来的一块块栖息地边缘的各种动、植物,它们随遇而安。而生物圈二号正是最典型的斑块化的荒野。根据马基莉斯的推测,当你最终打开生物圈二号大门的时候,你会发现里面到处都是蒲公英、麻雀、蟑螂和浣熊。

人类的任务就是防止这一切的发生。利说:“如果我们不干预的话——就是说,没有人铲除那些过于成功的物种,那么我相信生物圈二号可能会朝林恩·马基莉斯预言的方向发展:最终成为狗牙草和绿头鸭的世界。不过,因为我们在做有选择的砍伐,我想,这种结果不会发生,至少在短期内不会。”

我个人心存疑惑,不知道生物圈人能否操控由3800个物种自然生成的生态系统。在最初的两年里,云雾缭绕的沙漠变成了雾气笼罩的灌木丛——其湿度高于预期,草儿们喜欢这里。疯长的牵牛花藤越过了雨林的天蓬。为了能按自己的心愿发展,这3800个物种采取迂回、智取、暗箱操作等各种战术,一步步瓦解了生物圈人想要成为“关键捕食者”的目标。那些随遇而安的物种十分有韧劲。何况天时、地利、人和俱在,它们怎么会走呢?

有弯喙矢嘲鸫为证。有一天,一位来自美国鱼类和野生动物部门的官员出现在生物圈二号的玻璃窗外。蓝带雀的死亡上了电视新闻,动物权益活动家们不停地拨打他办公室的电话,希望他能够履行职责前来审查,看看生物圈二号里的蓝带雀是不是他们从野外捕获并带到那里致死的。生物圈人向这名官员出示了收据和其他证明文书,证明已故的蓝带雀不过是笼养的店售宠物,其身份符合野生动物部门的规定。“顺便问一句,你们这里还有什么其他种类的鸟?”他问他们。

“现在只有一些英国麻雀外加一只弯喙矢嘲鸫。”

“你们有没有饲养矢嘲鸫的许可证?”

“呃,没有。”

“你们应该知道,根据《候鸟协定》,圈养矢嘲鸫是违反联邦法律的。如果你们故意圈住它,我必须给你们开一张传票。”

“故意?不,你误会了。它是一名偷渡客,我们想方设法要把它赶出去,也试过利用一切能够想到的办法来诱捕它。以前我们没想让它进来,现在也不想让它留在这里。它吃了我们的蜜蜂、蝴蝶,还有一切它找得到的昆虫。如今,昆虫已经所剩无几了。”

狩猎监督官和生物圈人在厚厚的气密玻璃两侧面对面地交谈。尽管他们近在咫尺,却需要通过步话机谈话。这场梦幻般的对话仍在继续。生物圈人说:“瞧,即使我们把它抓住了,也没法把它放出去。我们还要被封闭在这里一年半呢。”

“噢。嗯,我知道了。”监督官停了一下,“那好,既然你们不是有意把它圈起来的,那我就给你们发一张圈养矢嘲鸫的许可证,你们可以在开启系统以后,再把它放出来。”

有没有人愿意打赌它永远也不会出去?

顺其自然就好。不同于脆弱的蓝带雀,精力充沛的麻雀和倔强的矢嘲鸫都爱上了生物圈二号。矢嘲鸫自有它迷人的魅力。清晨,它的妙曼歌声飘越荒野;白天,它为劳动中的“关键捕食者”们喝彩。

生物圈二号里自行交织在一起的杂乱生物都在奋力抗争。这是一个共同进化的世界,生物圈人不得不和这个世界一起进化。而生物圈二号正是专为测试一个封闭系统如何共同进化而建造的。在一个共同进化的世界里,动物栖居的大气环境及物质环境和动物本身一样,适应性越来越强,也越来越栩栩如生。生物圈二号是一个试验工作台,用来揭示环境如何统治浸入其中的生物,以及生物如何反过来支配环境。大气是极为重要的环境因素,大气产生生命,而生命也产生大气。结果表明,生物圈二号这个透明的玻璃容器是观察大气和生命交互作用的理想场所。

9.3 有意的季节调配

在这个密闭程度高于任何NASA太空舱数百倍的超级密封世界里,大气中充满了惊喜。首先,空气纯净得出人意料。在以往的封闭栖息地和类似NASA航天飞机这样的高科技封闭系统中,微量气体累积的问题实在令人头疼,而这片荒野的集体呼吸作用却消除了这些微量气体。某种未知的平衡机制(很可能是由微生物引起的)净化了这里的空气,使生物圈二号里的空气比迄今为止任何空间旅行器中都要干净得多。马克·尼尔森说:“有人算过,为了保证一名宇航员能在太空舱里生存,每年约需花费1亿美元,而其居住环境却恶劣得令人难以想象,甚至不如贫民区。”马克跟我提到他的一个熟人,说她曾经有幸迎接返航的宇航员。他们做着开舱准备的时候,她正激动地站在摄像机前面等着。他们打开了舱门,一股难闻的气味扑面而来,她吐了起来。马克说:“这些家伙真是英雄,居然在这么差的环境下撑了过来!”

两年中,生物圈二号内的二氧化碳含量时高时低。有一次,连续6天阴天,二氧化碳的含量高达3800ppm[6]。让我们来看一组形象的对比数字:外部环境中的二氧化碳含量通常保持在350ppm左右;闹市区的现代化办公室内,二氧化碳含量可能会达到2000ppm;潜艇在开启二氧化碳“净化器”以前,允许艇内的二氧化碳含量达到8000ppm;NASA航天飞机空气中二氧化碳的“正常”含量是5000ppm。相比之下,生物圈二号在春季里日均1000ppm的二氧化碳含量已经相当不错了;二氧化碳含量的波动也完全处于普通城市生活环境的变动范围内,人体几乎难以察觉。

不过,大气中二氧化碳含量的波动确实影响到了植物和海洋。在二氧化碳含量高得令人紧张的那几天,生物圈人担心空气中增加的二氧化碳会溶解在温暖的海水中,增加水中的碳酸比例,降低水的PH值,伤害到新近移植过来的珊瑚。生物圈二号的部分使命就是了解二氧化碳的增加对生态的进一步影响。

地球大气的成分似乎在变化,这引起了人们的注意。但是,我们只能肯定它在变化,除此以外,我们对这种变化的表现几乎一无所知。历史上仅有的精确测量只与一个因素有关——二氧化碳。有关数据显示,近30年来,地球大气层的二氧化碳含量在加速上升。绘制此曲线图的是一位坚持不懈、孤身作战的科学家——查尔斯·基林。1955年,基林设计了一台仪器,可以用来测量任何环境中的二氧化碳含量,从煤烟熏黑的城市屋顶,到原始荒芜的森林。基林像着了魔似的去每一个他认为二氧化碳含量可能有所变化的地方测量。他不分白天黑夜地测量,还发起了在夏威夷山顶和南极不间断测量二氧化碳含量的工作。基林的一位同事告诉记者:“基林最与众不同之处在于,他有测量二氧化碳含量的强烈愿望。他无时无刻不在想着这件事,不论是大气中的还是海洋中的二氧化碳含量,他都想测量。他毕生都在做这件事。”直到今天,基林仍然在世界各地进行着二氧化碳含量的测量工作。

基林很早就发现,大气中的二氧化碳含量每天都呈周期性变化。晚上,植物停止了一天的光合作用,空气中的二氧化碳含量明显增高;晴天的下午,由于植物全力将二氧化碳转化为营养物质,会使二氧化碳含量达到低点。几年后,基林观察到了二氧化碳的第二个周期:南北半球的季节性周期,夏低冬高,其原因与日周期的形成一样,都是因为绿色植物停止了捕食二氧化碳。而基林的第三个发现则将人们的关注集中到大气动态的变化上。基林注意到,不论何时何地,二氧化碳的最低浓度永远也不会低于315ppm。这个阈值就是全球二氧化碳含量的背景值。此外,他注意到,该阈值每年都会升高一些,到如今,已经达到350ppm。最近,其他研究人员在基林一丝不苟的记录中发现了二氧化碳的第4个趋势:其季节性周期的幅度在不断增大。仿佛这个星球一年呼吸一次,夏天吸气,冬天呼气,而且它的呼吸越来越沉重。大地女神到底是在深呼吸,还是在喘息?

生物圈二号是微缩的盖亚,是一个自我闭合的小世界,有由生活于其中的生物所创造的微型大气环境。这是第一个完整的大气/生物圈实验室。它有机会解开有关地球大气工作机理的科学谜题。人类进入这个试管,是为了预防实验崩溃,帮助它避过一些显而易见的危机。我们其余的人虽然在生物圈二号外面,却身处地球这个大试管里面。我们胡乱地改变着地球大气,却根本不知道如何控制它,不知道它的调节器在哪里,甚至不知道这个系统是否真的失调,是否真的处于危机之中。生物圈二号可以为我们提供解答所有这些问题的线索。

生物圈二号的大气相当敏感,即使只是一片云飘过,二氧化碳的指针也会翘起。阴影在瞬间减缓植物的光合作用,会暂时阻断二氧化碳的吸入,并且立刻在二氧化碳计量表上反映出来。在局部多云的日子里,生物圈二号的二氧化碳曲线图上会显示出一连串的尖峰信号。

尽管在过去十年里大气中的二氧化碳水平得到了全面关注,而且农业学家也仔细研究了植物中的碳循环,但是地球大气中碳的去向依然是一个谜。气候学家们普遍认为,当今时代,二氧化碳含量的增长和工业人类燃烧碳的速率相匹配。这种单纯的对应忽略了一个令人震惊的因素:经过更精确的测量之后,我们发现,现在地球上燃烧的碳只有一半留在大气中,增加了二氧化碳浓度,另一半却消失不见了!

有关碳失踪的理论很多,占主导地位的有三个:(1)溶入海洋,以碳雨的形式沉降到海底;(2)被微生物储存到泥土中;(3)最具争议的理论是:失踪的碳刺激了草原的生长,或者变身为树木,其规模隐秘而巨大,我们还无法对其进行测量。二氧化碳是公认的生物圈中的有限资源。当二氧化碳含量为350 ppm时,其浓度百分比只有微弱的0.03%,仅仅是一种示踪气体。阳光普照下的一片玉米地,不到五分钟就可以耗尽离地三英尺范围内的二氧化碳。二氧化碳水平的微小增加也能显著地提升生物量[7]。根据这个假说,在还没有被我们砍伐殆尽的森林里,树木正因为大气中的二氧化碳“肥料”增加了15%而快速“增重”,其速率甚至可能比别处破坏树木的速率都要快得多。

到目前为止的证据都让人困惑不解。不过,1992年4月《科学》杂志发表了两篇研究报告,宣称地球上的海洋和生物圈确实可以按照需求的规模来贮存碳。其中一篇文章显示,尽管受到酸雨和其他污染物质的负面影响,但是自1971年以来,欧洲森林新增了25%以上的木材量。不过,想要详细地审查全球的碳收支并非易事。鉴于我们对全球大气的无知,生物圈的试验就给我们带来了希望。在这个密封的玻璃瓶里,在相对受控的条件下,我们可以探索动态的大气和活跃的生物圈之间的联系。

在生物圈二号封闭之前,其空气、土壤、植物以及海里的碳含量都被仔细地测量过。阳光激发光合作用后,一定量的碳就从空气中转移到了生物体内。于是,每收获一种植物,生物圈人都煞费苦心地为其称重并记录下来。他们可以通过微小的干扰来观察碳分布是如何变化的。比如,当琳达·利以一场人工夏日雨“刺激热带草原”时,生物圈人就同时测量底层土、表层土、空气和水等各个范围的碳水平。在两年结束时,他们绘制了一张极其详尽的图表,标明了所有的碳分布点。他们还通过保存干燥的叶片样本,记录其中自然产生的碳同位素的比例变化,来追踪碳在这个模拟世界中的运动轨迹。

碳只是其中的一个谜。而另一个谜更奇怪。生物圈二号里的氧气含量比外面要低,从21%降低到15%,氧气含量下降了6%。这相当于把生物圈二号迁移到海拔更高、空气更稀薄的地方。西藏拉萨的居民就生活在类似的低氧环境中。生物圈人因而体验到头痛、失眠和易于疲倦。尽管不是灾难性事件,但是氧含量下降仍令人感到困惑。在一个密闭的瓶子里,消失的氧气去了哪里呢?

和碳的失踪不一样,人们完全没有预料到生物圈二号里的氧气会失踪。有推测说生物圈二号里的氧被固锁在了新近改造过的泥土中,可能被微生物生成的碳酸盐捕获了。要么,可能被新拌的混凝土吸收了。在对科学文献的快速检索中,生物圈的学者们发现有关地球大气中氧含量的数据少得可怜。目前仅知的(但几乎没有报道过)事实是,地球大气中的氧很可能也在消失!没有人知道原因,也不知道少了多少。颇有远见的物理学家弗里曼·戴森说:“我很震惊,全世界的民众竟然都默不做声,没有人想要了解我们消耗氧气的速度有多快。”他是为数不多的提出这个问题的科学家之一。

那么,为什么要止步于此呢?一些观察生物圈二号试验的专家建议,下一步应该追踪氮的来源和去向。尽管氮是大气中的主要成分,人们对它在大循环中的作用也只是略知一二。与碳和氧一样,目前对它的了解都来自于还原论者的实验室实验或计算机模型。还有一些人提议,下一步生物圈人应该测定钠元素和磷元素。生物圈二号对科学做出的最重要贡献可能就是提出了关于盖亚和大气的很多重要问题。

当生物圈内的二氧化碳含量首度急遽上升时,生物圈人采取了对抗措施来限制二氧化碳的上升。“有意的季节调配”是平衡大气的主要方法。选一片干燥的、休眠中的热带草原、沙漠或荆棘丛,通过升高温度来唤醒它进入春天。很快,叶芽纷纷隆起。然后再降一场大雨。嘭!四天之内所有的植物都爆发出枝叶和花朵。被唤醒的生物群落贪婪地吸收着二氧化碳。一旦唤醒这个生态群落,就可以通过修剪老龄枝条来促发新枝,消耗二氧化碳,让它在原本休眠的时间内保持活跃的状态。正如利在第一年的深秋时写到的:“冬日渐短,我们必须做好应对光照减少的准备。今天,我们修剪了雨林北部的边缘地带,以促使其快速生长——这是一项日常的大气管理工作。”

这些人通过“二氧化碳阀门”来管理大气。有时候他们会反过来做:为了向空气中充入二氧化碳,生物圈人把早先修剪下来的干草拖出来,铺在地面上并弄湿。细菌在把它们分解的过程中就会释放出二氧化碳。

利把生物圈人对大气的干预称为“分子经济”。他们在调节大气的时候,可以“把碳安全地储存在我们的账户里,等到来年夏日变长、植物生长需要它的时候,再把它取出来”。那些地下室就扮演着碳银行的角色,修剪下来的枝条都堆放在那里并被晾干。需要的时候就把这些碳借贷出去,大多时候伴随着水。生物圈二号中的水从一个地方奔向另一个地方,非常像联邦政府用来刺激地区经济的支出手段。把水灌到沙漠,二氧化碳含量就降低;把水浇到干枯的草垫上,二氧化碳含量就增加。在地球上,我们的碳银行就是阿拉伯沙漠地下的石油,但是我们所做的却只是消费。

生物圈二号将漫长的地质时间压缩在了几年里。生物圈人对碳存储和碳释放的“地质”调节过程进行摆弄的目的,正是期望能够对大气进行粗略的调整。他们摆弄海洋,降低其温度,调整含盐渗透液的回流,稍稍改变它的PH值,他们还同时对其他上千种变量进行推断。利说:“正是这上千种变量使得生物圈二号系统极具挑战性,其表现也离经叛道。我们中的大多数人平时被教导的都是不要同时考虑哪怕是两个变量。”生物圈人希望,幸运的话,第一年就能通过一些精心选择的重要举措缓和大气和海洋初始的狂野震荡。他们将充当辅助轮[8],直至这个系统在全年里都可以只依赖太阳、季节、植物和动物的自然活动就保持自己的平衡。到那个时候,系统就“冒出”了。

“冒出”是海水养鱼爱好者的行话,用来描述一个新鱼缸在经过曲折漫长的不稳定时期之后,突然稳定下来的情形。像生物圈二号一样,海水鱼缸是一个精致的封闭系统,它依赖于看不见的微生物来处理较大动植物排泄的废物。正如戈麦斯、弗尔萨姆、皮姆在他们的小世界中所发现的,一个稳定的微生物群落的成型可能需要60天的时间。在鱼缸里,各种细菌需要几个月时间构建食物网,让自己在新鱼缸的砾石中安顿下来。随着更多的生命物种慢慢加入这个未成熟的鱼缸,水环境极易陷于恶性循环。如果某种成分超量(比如说氨),就会导致一些生物死亡,而生物腐烂又会释放更多的氨、杀死更多的生物,进而迅速引发整个群落的崩溃。为了让鱼缸能够平稳地通过这段极敏感的不平衡期,养鱼爱好者会通过适当的换水、添加化学药品、安装过滤装置以及引入其他稳定鱼缸里的细菌等手段来柔和地刺激这个生态系统。经过6周左右的微生物层面上的互相迁就——在此期间新生群落一直徘徊在混沌的边缘——突然,系统在一夜之间“冒出”来了,氨气迅速归零。它现在可以长久地运转下去了。系统一旦“冒出”,其自立、自稳定程度就更高,也就不再需要初创时所需的人为扶持。

有趣的是,一个封闭系统在“冒出”前后的两天里,其所处的环境几乎没有什么变化。除了能做点“保姆”的工作外,你能做的往往只有等待。等待它发育,成熟,长大,发展。海水养鱼爱好者建议说:“不要着急,不要在系统自组织的时候就急着催它孕育。你能给它的最重要的东西就是时间。”

两年以后,生物圈二号仍然绿意盎然,它正在成熟。它经历了需要“人为”照料使之安定下来的狂野的初期振荡。它还没有“冒出”。也许还要几年(甚或几十年)才能“冒出”——假使它可以并且能够冒出的话。这正是这个实验的目的。

我们还没有真正注意到,但是我们可能会发现,所有复杂的共同进化系统都需要“冒出”。生态系统恢复者,如恢复大草原的帕卡德和恢复楠萨奇岛的温盖特,似乎都发现,可以通过逐渐提高复杂性来重组大型系统;一旦一个系统达到了稳定水平,它就不会轻易地趋向于倒退,仿佛这个系统被新的复杂性带来的凝聚力所“吸引”。人类组织,比如团队和公司,也显示了“冒出”的特征。某些轻微的助力——新加入进来的合适的管理者,巧妙的新工具——可以马上把35个勤奋而有能力的人组织成一个富有创造力的有机体,并取得遥遥领先的成功。只要我们利用足够的复杂性和灵活性来制造机器和机械系统,它们也会“冒出”。

9.4 生命科学的回旋加速器

就在生物圈的草原、森林、农场以及生物圈人的居所之下,藏有生物圈二号的另一副面孔:机械的“技术圈”。“技术圈”的存在正是为了协助生物圈二号“冒出”。在这片荒野的几处地方,有盘旋向下的楼梯通向塞满各种设备的洞穴状地下室。那里有手臂般粗细、以颜色编码的管道,顺墙蜿蜒50英里。还有如电影《巴西》[9]中的巨大的管道系统,绵延数英里的电子线路,布满重型工具的工作间,挤满脱粒机和碾谷机的走廊;备件架、开关盒、仪表盘、真空鼓风机、200多部马达、100台水泵、60个风扇。恍若潜水艇的内部,又仿佛摩天大楼的背面部分。这片地盘为工业“废墟”所占有。

技术圈支撑着生物圈。巨大的鼓风机每天要把生物圈二号的空气循环好几次;重型水泵抽排雨水;造波机的马达不分昼夜地运行;各种机器嗡嗡作响。这个毫无掩饰的机器世界不是在生物圈二号外面,而是在它的肌体内,就像是骨骼或软骨,是一个更大有机体的不可分割的部分。

譬如说,生物圈二号的珊瑚礁离开了藏有藻类清洁器的地下室就不能存活。清洁器是个桌子大小、布满藻类的浅塑料盘。照亮整个房间的是卤素太阳灯,和展览馆内为人工珊瑚礁照明用的灯一样。事实上,清洁器就如同生物圈二号内珊瑚礁的机械肾脏。它们与池塘过滤器净化水质的功能相仿。藻类消耗珊瑚礁排泄出来的废物,在强烈的人工阳光下迅速增殖成粘稠的绿毯子。绿色的粘丝很快就会堵塞清洁器。就像水池或鱼缸的过滤器一样,每隔十天就需要有个倒霉蛋来把它刮干净,这是那8个人的另一个工作。清洗藻类清洁器(清洁下来的东西成为肥料)是生物圈二号里最不讨好的工作。

整个系统的神经中枢是生物圈二号的电脑控制室,主持工作的“人工大脑皮层”则由周围的电线、集成电路片以及传感器构建而成。一个软件网络对设施中的每个阀门、每条管道、每部马达都进行了仿真。方舟里的任何风吹草动——无论是自然的还是人工的,很少能逃过分布式计算机的知觉。生物圈二号就如同连为一体的怪兽。空气、土壤和水中的约百种化学成分都被不间断地测量。生物圈二号的管理机构SBV寄望于从该项目中剥离出一种潜在的盈利技术——精密的环境监控技术。

马克·尼尔森说过,生物圈二号是“生态和技术的联姻”,他是对的。这正是生物圈二号的动人之处——它是一个生态技术的极佳范例,是自然和技术的共栖。我们并不太了解如何在没有安装水泵的情况下构建生物群落,但是在水泵的辅助下,我们能够尝试着将系统建立起来并且从中学习。

在很大程度上,这是个学习新的控制机制的过程。托尼·博格斯表示:“NASA追求的是对资源利用的优化。他们选中小麦,就对小麦的生产环境进行优化。但问题是,当把一大堆物种放在一起时,你不可能分别优化每一个物种,你只能对整体进行优化。如果依次优化的话,你就会变得依赖于工程控制。SBV希望能够以生态控制取代工程控制,最终也会降低成本。你也许会失去生产过程中的某些最优性,但却摆脱了对技术的依赖性。”

生物圈二号是一个用于生态实验的巨大烧瓶,对环境的控制需要比野外实验所能(或应该)做到的更多。我们可以在实验室里研究个体生命。但是要想观察生态生命和生物圈生命就需要一个更加庞大的空间。在生物圈二号里面,我们可以很有把握地引入或剔除一个单独的物种,并确信其他的物种不会受到改变——这都是因为这个空间足够大,能产生某种“生态的”东西。约翰·艾伦说:“生物圈二号是生命科学的回旋加速器。”

或许生物圈二号真的是一个更好的诺亚方舟,一个大笼子里的未来动物园。在那里,包括自诩为智人的观察者在内的一切事物都可以顺其自然地发展。物种们无拘无束,并与其他物种一起共同进化出任何可能的结局。

与此同时,那些梦想驾驭太空的人们把生物圈二号视为脱离地球神游银河系的一个务实步骤。从空间技术的角度看,生物圈二号是自登月以来最震撼人心的进展。而NASA不仅在概念阶段就对此冷嘲热讽,更是自始至终都拒绝施以援手。最终他们不得不吞下高傲的苦果,承认这个实验确实有所收获。失控生物学有了自己的位置。

所有这些意义,其实都是某种演变的宣示。多里昂·萨根[10]在其著作《生物圈》里对此做了精辟的描述:

这些被称为生物圈的“人造”生态系统归根结底也是“自然的”——它是一种行星尺度上的现象,属于生命整体上可复现的奇特表现的一部分……我们正处在行星演变的第一个阶段……在这个阶段明确无疑的是要复现个体——既不是微生物,也不是植物或动物,而是作为一个整体的、鲜活的地球……

是的,人类卷入了这场复制,但难道昆虫没有参与花的复制吗?鲜活的地球现在依靠我们和我们的工程技术来完成其复现,但这并不能否定,表面上为人类搭建的生物圈,实际上代表的是行星尺度内的生物系统的复制……

什么算是明确的成功?8个人住在里面两年?那么十年,或者一个世纪又怎么样呢?事实上,生物圈的复现——那个在内部回收和再造人类生活所需一切的栖息地——开启了某种我们无法预知其结局的东西。

当一切运转顺利、能腾出时间自由幻想时,生物圈人可以想想,这个系统将会走向哪里?下一步是什么?是一个南极生物圈二号绿洲?还是一个更大的生物圈二号,里面有更多的虫子、鸟类和浆果?最有趣的问题可能是:生物圈二号到底能有多小?日本人是微缩化的大师,他们如痴如醉地迷恋上了生物圈二号。日本的一个民意调查显示,超过50%的人口认同这项实验。对于这些生活于幽闭的方尺之居以及孤零零的岛屿上的人们来说,微型生物圈二号似乎相当有魅力。事实上,日本的一个政府部门已经公布了一项关于生物圈J的计划。据他们所说,这个“J”代表的不是日本,它代表的是Junior,意即更微小。官方草图显示了由一个个房间构成的小杂院,由人造光源照明,内里塞满了紧凑的生态系统。

建造生物圈二号的生态技术学家们已经理清了一些基本技巧。他们知道如何密封玻璃,如何在非常小的面积里更替种植作物,如何回收自己的排泄物,如何平衡大气,如何适应无纸生活,以及如何在其中和睦相处。这对任何规模的生物圈来说都是一个很好的开端。将来还会出现各种规模、各种类型的生物圈二号,可以容纳各种各样的物种组合。马克·尼尔森告诉我:“将来,生物圈会在无数个方向上开枝散叶。”并且他认为,规模各异、组合不同的生物圈就仿佛是不同的物种,为开疆拓土而争斗,为共享基因而结合,以生物有机体的方式杂交。它们会在星球上安家落户。地球上的每个城市中也都应该拥有一个用于实验和教学的生物圈。

9.5 终极技术

1991年春天的一个晚上,由于某个管理上的疏忽,我被一个人留在了快要完成的生物圈里。当时,建筑工人已经收工回家,SBV的员工正在关闭山顶上的照明灯,只有我一个人呆在盖亚的第一代后裔里面。这里静得离奇,仿佛置身于一座大教堂中。我在农业群落中游荡,可以隐隐听见远处大海传来沉闷的砰砰声,那是造波机每隔12秒涌起一个波浪时发出的撞击声。造波机吸进海水,再吐出来形成波浪。正如琳达·利所说,在造波机附近听到的声音就像灰鲸喷气的声音。站在园林里,那远远传来的低沉呻吟,听起来如同西藏喇嘛在地下室里吟唱诵经。

外面,是黄昏时刻的褐色沙漠。里面,是充满生机的绿色世界——高高的草丛,漂浮在盆中的海藻,成熟的蕃木瓜,鱼儿腾跃溅起的水珠。我呼吸着植物的气息,那是一种在丛林和沼泽中闻得到的浓浓的植物味。大气缓缓地流动;水不断地循环;支撑起这个空间的框架逐渐冷却,发出嘎嘎的声音。这片绿洲生机勃勃,却寂静无声,一切都在静静地忙碌着。这里看不到人影。但是,某些事物正在一起上演,我能够体会到生命共同进化中的“共同”二字。

太阳快要下山了。柔和而温暖的阳光照在这座白色大教堂上。我想,我可以在这儿住一阵子。这里有一种空间感,是一个温暖舒适的洞穴,而晚上则依然会向星空开放,成为一个孕育思想的地方。马克·尼尔森说:“如果我们真想在太空中过人类一样的生活,那么我们就必须学会如何建立生态圈。”他说,在苏联的太空实验室里,那些无暇做无聊事情的大男子们从床上飘起后做的第一件事,就是侍弄小小的豌豆苗“实验”。这种和豌豆的密切关系对他们来说至关重要。我们都需要其他生命。

如果在火星上的话,我只会生活在人造生物圈里。而在地球,生活在人造生物圈里却是一项崇高的实验,只有那些先驱者才会去做。我能想象,这给人一种生活在一个巨大试管里的感觉。在生物圈二号里,我们将学到有关地球、我们自己以及我们所依赖的无数其他物种的大量知识。我坚信,有朝一日,我们在这里所学的知识必将用在火星或月球上。事实上,它已经教会我这个旁观者,要像人类一样生活就意味着要和其他生命一起生活。我的内心已经不再担心,机器技术将替代所有生物物种。我相信,我们会保留其他的物种,因为生物圈二号帮助我们证明了,生命就是技术。生命是终极技术。机器技术只不过是生命技术的临时替代品而已。随着我们对机器的改进,它们会变得更有机,更生物化,更近似生命,因为生命是生物的最高技术。总有一天,生物圈二号中的技术圈大多会由工程生命和类生命系统替代。总有一天,机器和生物间的差别会很难区分。当然,“纯”生命仍将有它自己的一席之地。我们今天称之为的生命将依然是终极技术,因为它具有自治性——它能够自立,更重要的是,它能够自主学习。任何种类的终极技术都必然会赢得工程师、公司、银行家、幻想家以及先行者们的支持——而他们都曾经被视为纯生命的最大威胁。

在这片沙漠中停泊的玻璃宇宙飞船被称为生物圈,因为其中贯穿着生物圈逻辑。生物圈逻辑(生物逻辑,生物学)正在融合有机体和机械。在生物工程公司的厂房里和神经网络计算机的芯片内,有机体和机器正在融合。不过,没有哪处能够把生物和人造物的联姻像在生物圈二号容器中那样呈现得淋漓尽致。哪里是合成珊瑚礁的终点,哪里又是哗啦作响的造波机的起点?哪里是处理废物的沼泽的起点,哪里又是厕所排水管的终点?控制大气的究竟是风扇还是土里的虫子?

生物圈二号之旅收获的大都是疑问。我在里面兴致勃勃地呆上几个小时,就得到了需要考虑许多年的问题。足够了。我转动气塞门上的巨大把手,走出安静的生物圈二号,走进黄昏的沙漠。如果能在里面呆上两年的话,那一定会充实整个人生。

[1] 关键捕食者(keystone predators):指生物群落中,处于较高营养级的少数物种,其取食活动对群落的结构产生巨大的影响,称关键种,关键捕食者或称顶级捕食者,去除后会对群落结构产生重大影响。

[2] 生态位(ecological niche):又称小生境,是一个既抽象而含义又十分广泛的生态学概念,主要是自然生态系统中种群在时间、空间上的位置及其与相关种群之间的关系。1910年,美国学者R·H·约翰逊第一次在生态学论述中使用生态位一词。

[3] 史密森尼(Smithsonian):这里指史密森尼学会位于美国华盛顿地区的博物馆群。

[4] 奥萨博岛猪(Ossabaw Island pig):生活在美国乔治亚州海岸对过不远的奥萨博岛,由400年前从西班牙引进、逃入岛东南树林的猪种野化繁衍而成,属濒危猪种。其特点为:矮小,耳尖,喙长,皮厚,脂肪多,有黑、斑点黑、白、红、褐5种颜色,保有西班牙猪种的遗传特征。为适应该岛春季食物短缺的生态,该猪种形成了独特的脂肪代谢系统,并在储存大量脂肪的同时,患有低度、非胰岛素依赖的糖尿病,是医学实验的理想品种。

[5] 边缘物种:指生活于群落交错区里的生物。

[6] ppm:衡量空气中某种气体密度的单位,指100万体积空气中某种气体所占的体积。

[7] 生物量(Biomass):生态学术语,指某一时刻单位实存生活的有机物质总量。

[8] 辅助轮(training wheels):附加于自行车后轮边的两个轮子,用来帮助初学者找到平衡的感觉。

[9] 电影《巴西》(Brazil):又译《妙想天开》,科幻片,1985年上映,讲述在未来资讯管控的时代中,一个政府部门的小人物为了调查“漏洞”引起的冤案而与国家机器乃至其自身相抗争的故事。

[10] 多里昂·萨根(Dorion Sagan):美国科技作家,写了很多进化论方面的书。多里昂·萨根为卡尔·萨根与玛格丽丝的儿子,从1981年开始与母亲玛格丽丝合作发表文章。