海洋為什麼這麼貧瘠?

2020-10-18 大科技

在地球上,海洋約佔地表總面積的71%,陸地只有約29%,但據統計,80%的地球物種生活在陸地上,只有15%的物種生活在海洋中,剩下的5%生活在淡水中,陸地上的物種數量比海洋的多五倍多!按理說,物種的生存會受空間的限制,海洋面積廣闊,為什麼海洋的物種沒有陸地上多呢?

這事說來話長。其實五億年前,在地球地質歷史上,發生了一件大事件:寒武紀生命大爆發。在2000多萬年裡,海洋裡突然湧現了數量驚人的新物種,現代的大多數動物「門」正是在這一時期從海洋中誕生。可那時的陸地依舊是生命的「不毛之地」,沒有複雜的生命形式,沒有植物,沒有動物,其生物多樣性絕對比不上海洋。

但並不是所有的好開頭都代表著有好的結尾。在大約距今1.25億年前的白堊紀,陸地物種數量趕超了海洋物種。這是為什麼呢?

少了一點「地理屏障」

實際上,別看海洋面積大,有的時候,面積大,可不是什麼好事。

今天世界上最小的海洋是北冰洋,大約只有1400萬平方千米,面積最大的洋是太平洋,大約是1.556億平方千米。相比而言,人們沒法統計最小的陸地有多小,因為陸地分布地更分散,島嶼數量不計其數。

正是由於海洋面積大,總體而言,海洋是一個能夠互通的大水域,生物可以很容易地從一個區域遷徙到另外一個區域,但陸地就不同了,陸地之間有更多的地理隔絕,物種更難遷徙。比如,一個物種要想從一個島嶼跨越到另一個島嶼,就必須想辦法能「渡海」,對於一些飛行能力不強或者遊泳能力不強的動物來說,這是困難的。

雖說地理隔絕讓動物們沒有更大的棲息地,但能增加物種的多樣性。比如一些物種可能會只在某個地區進化出來,如無尾熊和紅袋鼠,僅產於澳洲。另外一方面,一些原本屬於某個物種的一部分群體,因為和群體失去了交配機會,也會各自繼續演化,最終演變成許多不同的物種。相比而言,海洋就沒有這一優勢。

植物很難在海洋中生存

植物在地球的生物多樣性中扮演著重要作用。一方面,植物在保持土壤肥力、保證水質以及調節氣候等方面發揮了重要作用,使得地球變得更「宜居」,另一方面它們也為動物提供食物來源和住所。在陸地上的熱帶雨林裡,有著最大的物種多樣性,這些熱帶森林生態系統覆蓋地球表面不到10%,但卻擁有擁有全球約75%的物種。

今天在植物王國中,開花植物佔據主導地位。現知開花植物有1萬多屬,20多萬種,佔植物界的一半,它們為動物們提供了源源不斷的食物來源。而在白堊紀時期,陸地物種數量之所以爆發式增長,也是因為開花植物開始在陸生植物中佔統治地位,這些植物比它們的祖先更善於利用光合作用,在陸地上繁殖得非常迅速。開花植物為動物們創造了更多的食物和棲息地。靠著以開花植物的果實、根莖為食,一類小型動物,即早期獸亞綱動物,在白堊紀中期獲得了發展,後來它們成為了大部分哺乳動物(包括人類)的祖先。

比起陸地,絕大多數海洋的「初級生產力」(即有機物生產能力)都非常低,低到沙漠的水平,真正「肥沃」的海洋只存在於大陸邊緣的淺海區,在這些區域,陽光較充足,水草茂盛,魚群密集。海洋的其他區域則不僅溫度非常低,鹽分高,而且隨著海水的深度增加,光的穿透性越來越弱,在海洋最深處,沒有任何光照。溫度過低、光照缺乏等,這些因素使得大部分植物難以在海洋裡大面積繁殖,更不要說大部分動物賴以生存的開花植物了,所以海洋動物種類就少了。

昆蟲很難在海洋中繁衍

除此之外,水和空氣在粘度、密度、氧氣和二氧化碳的濃度、導電性和透明度上有所不同,而這些差異也會影響生物的多樣性。

現在,昆蟲是地球上種類及數量最多的動物,地球上已知的動物種類中有85%以上是昆蟲,目前已經被人類命名的昆蟲種類約有100多萬種,昆蟲學家估計地球上的昆蟲種類應該多達3000萬種以上,可以說世界上大部分動物種類其實就是昆蟲。如果沒有昆蟲,陸地上生物的多樣性也會驟降。

然而,雖然昆蟲在陸地上繁衍得很成功,但在海洋中則會處於劣勢。因為海水的密度比空氣大,像昆蟲之類的小動物,在水中行動起來會更困難。

不只是它們會行動不便,昆蟲們交配也會更難。在自然界中,一些雌性昆蟲在性成熟後,會釋放一種叫性信息素的化合物,能引發雄性昆蟲的性衝動,吸引它們向釋放源定向飛行。在空氣中,這種化合物能隨氣流擴散,但水能稀釋掉這種化合物,讓其難以傳播。

同時,一些學者認為,在海水中,開花植物(需要昆蟲授粉)和昆蟲之間互惠互利的關係也沒法存在。因為海水中有許多浮遊動物和浮遊植物,假如海洋中真的有一些授粉的昆蟲,在尋找海洋開花植物的途中,這些昆蟲就會被水中的食物吸引,而半途放棄,使得海洋中的開花植物沒法得到授粉。但在空中飛行時,昆蟲們就不會碰到意外的食物來源。

今天,昆蟲、開花植物是陸地上最大的兩個生物家族,海洋沒法為它們提供繁衍的良好條件,其生物多樣性自然也就比不上陸地了。

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