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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    寧靜表土下的昆蟲世界

                    2017-05-31 11:29:00

                    在美國俄勒岡州,有一片名為安德魯實驗森林的原始森林, 它是地球溫帶森林中物種最豐富的地方之一,可與熱帶森林媲美,其中僅昆蟲種類就有七八千種。 這些昆蟲悄無聲息卻有條不紊地生活在森林這片靜謐的土壤中,雖然有些渺小得連我們的肉眼都難以分辨,但它們卻承擔著分解土壤中有機物的重任,維系著植物的生存命脈。 這就是大自然不可思議的奇妙之處,微不足道的小昆蟲竟然決定著參天大樹的命運。

                    30多年前,美國俄勒岡州立大學的系統生物科學研究所主任約翰·伊登,在關注太平洋北部斑紋貓頭鷹與古老林木的依存關系時,開始涉足安德魯實驗森林。這里每一立方米土壤中有20萬個相同亞目的小蟲子很快就吸引了他的注意力。 約翰·伊登決定放棄原來的課題,開始專門研究森林昆蟲的生存奧秘, 以及它們與森林土壤之間的關系。

                    維護大生態的小功臣

                    說到決定森林植被蔥郁茂盛的條件,人們首先想到的自然是陽光和水,但卻忽視了肥沃的土壤這個關鍵因素。 有時候,在一片繁茂的森林附近,也許就是一塊干燥貧瘠的山脊,兩者間的生物多樣性相差甚遠。是什么決定了這一切? 這就是看似平常的土壤了。

                    何謂生物多樣性?它是在一定時間和一定地區內所有生物(包括植物、動物和微生物)物種及其遺傳變異和生態系統復雜性的總稱,主要包括遺傳(基因) 多樣性、物種多樣性、生態系統多樣性三個層次,而這一系統的大背景之一也同樣是土壤。

                    數以億計的昆蟲,如蜘蛛、蜈蚣和各種說不上名的小蟲子及其他無脊椎動物,通過自我的回收功能,造福了整個生態系統。

                    它們能夠處理數以噸計的有機垃圾和碎片,包括壽終正寢的大樹和地面上的苔蘚。 它們可以輕松地將其分解為細小的碎片,利用自己消化道內的細菌和真菌,將這些細碎的有機物加工成基本的營養物質。而植物就會像人類進餐一樣,直接吸收這些營養物質,借以生長壯大,進而構成一個完整、健康的生態系統。

                    約翰·伊登曾率領自己的科研團隊利用衛星激光成像數據,對森林的保護價值進行了長期跟蹤評估。 由于采用了全新的檢測方法,研究人員在分析土壤標本和森林土壤的生態系統時,基本可以獲得比較真實準確的結果。但是,對于數千種昆蟲是如何生存的,以及它們之間的相互關系,科學家還不是很清楚。

                    如何還原它們的生活

                    蜻蜓頭部特寫

                    為此,約翰·伊登的科研團隊借鑒地理學家研究土壤的方法,發明了一種最新的檢測方法——薄切片顯微鏡法。正是這種方法使他們了解了溫帶森林的土壤結構,并發現土壤的生物學和化學性質的運動是由依賴土壤為生的昆蟲們所決定的。

                    瞄準獵物的巨型蜘蛛

                    薄切片顯微鏡檢測方法并不復雜:先在一個壓力箱中將環氧物質巧妙地摻入到需要檢測 的土壤標本中。當環氧物質變硬時,再將其切成打印紙般厚度的薄片, 隨后打磨拋光,最后在顯微鏡下仔細觀察薄片內的物質結構。

                    這種方法很好地保存了土壤的完整構成,從已經腐爛的大塊植物殘骸到細小土壤顆粒都會被完整保留,連一根部分腐爛的松針的全部細節都清晰可見。

                    約翰·伊登說:“當我們放大這枚‘松針’時驚奇地發現,它竟然是由無數個顯然是排泄物的小圓球構成的。 原來,在這個松針落地不久,一些千足蟲就立刻‘占領’了它,并把它咬碎吃進了肚子,然后以排泄物的形式將其重新排列在松針原先所在的位置上?!?/span>

                    “在顯微鏡下仔細觀察,我們發現這些小球只不過是一些被切割好的植物細胞,它們猶如一種獨特的植物拼圖的小碎塊,這些小球最后又會成為其他昆蟲的食物,進入到下一次的循環中?!?/span>

                    眾所周知,細胞組織不能在水中分解,而有機物中的營養元素必須分解,而后才能被植物的根莖所吸收。

                    為了保證地球生態系統的持久健康,小小的昆蟲們勇敢地擔起了這個重任。 當然,這也是它們繁衍生存的需要。

                    這條繁復的食物鏈非常隱蔽——每個昆蟲都會從活細胞中吸取極小一部分營養物作為 己的食物。 在此過程中,每一個昆蟲又都會使土壤的微表層暴露在具有分解作用的細菌下,而這些細菌則會進一步分解那些小球表面的有機物,并將它們變成可溶的化合物,為之后的昆蟲提供食物。 這樣一來,那些不可分解的細胞物質,一律變成了可溶解的營養物質,為地球植物源源不斷地輸送著養料,從而造就了生機盎然、生生不息的綠色生態。

                    500年太短

                    科學界有一段廣為流傳的話:我們對月球的了解已經超過了我們對深海世界的了解。 事實上,我們對腳下土地的了解可能還不如深海呢!也許正是司空見慣和視而不見,磨平了我們對土地的探究熱情。

                    一個多世紀以來,我們對森林土壤中生物群的了解并沒有太大提高,就好像森林和土壤與人類的生存發展沒有多大關系似的,的確令人匪夷所思。究其原因,是很多人錯誤地認為,只有看得見的地上部分才是生態系統的主要組成部分,而地下生物圈是微不足道的??墒?,我們一旦失去健康和諧的沃土,藍天再深邃美妙,對我們又有什么意義呢?

                    借助計算機的幫助,約翰·伊登團隊對森林土壤的研究取得了重大成果。 他們將在美國40個州的數百個林地采集到的成千上萬種節肢動物的資料,錄入計算機并對其分析歸類,從而根據它們的生存狀態探究其所生存的這片森林的現狀,預測其發展趨勢。

                    比如,如果土壤中出現一種橘黃色的小蟲子且數量巨大,就表明這些土壤取自相對干燥、年輕的森林, 同時說明這片森林已經35年沒有獲得充足的降水;如果土壤中存在花背烏龜形狀的小蟲子,則說明它們出自比較濕潤、古老的森林, 日后林木的長勢將會蓄積強勁。約翰·伊登透露,他們的下一個目標是通過節肢動物的生存狀態,了解溫室氣體和殺蟲劑對它們所處林地的具體影響。

                    約翰·伊登經常表示,這個領域的演變過程是極其緩慢的,“我們已經發現,哥倫布登上美洲大陸時倒下的一些樹木,才剛剛被昆蟲們分解完成?!?/span>

                    500多年的時間,對于人類而言非常漫長,但對于這些昆蟲和它們所在的土壤而言,或許只是轉瞬之間。

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