Science | 生物多样性丧失的长期影响

标题：The long shadow of biodiversity loss

作者：Ashley E. Larsen[加利福利亚大学]；Dennis Engist[英属哥伦比亚大学]；Frederik Noack[英属哥伦比亚大学]

期刊：Science

类型：Policy forum

时间：2024.9.5

链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2373

引用：Ashley E. Larsen et al.,The long shadow of biodiversity loss.Science385,1042-1044(2024).

生物多样性下降是普遍现象。然而，它们对生态系统或生态系统为人类提供的服务的影响知之甚少，因为很难将生物多样性下降的影响与其他与生物多样性格局在空间或时间上相关的变化分开衡量。在理解生物多样性下降的影响方面的这种限制阻碍了通过政策解决其原因。一种有希望的方法是利用自然实验来提供与结果无关的生物多样性变化，以估计生物多样性下降的因果影响。在本期1062页，Frank利用这样一个自然实验，不仅评估了生物多样性的调节作用，还评估了技术替代在应对生物多样性下降中的后果。他以一种致命的蝙蝠疾病白鼻综合征(WNS)作为对蝙蝠种群的冲击，估计了蝙蝠数量减少对农业害虫控制和婴儿健康结果的因果影响。

土地利用的变化、入侵物种和疾病的传播以及环境污染正在导致常见和稀有物种的数量减少。在许多情况下，这种减少是明确无疑的——渔业崩溃、鸟类数量锐减以及顶级捕食者的消失。但是，我们不能将一个没有生物多样性丧失的世界的结果与一个生物多样性丧失的世界的结果进行比较。相反，我们主要依靠实验研究来了解生物多样性对生态系统功能的作用。实验操作被认为是衡量治疗对结果影响的黄金标准，因为它们有直接的因果解释。生物多样性实验通常涉及通过增加或减少个体(或物种)来操纵物种丰度(或多样性)，这为在受控环境下生物多样性下降如何以及为何影响生态系统功能(如稳定性和生产力)提供了宝贵的见解。然而，现实世界生物多样性下降对生态系统或人类福祉的影响的经验教训有时是有限的。

在生态学上，实验可能无法模拟自然系统的关键特性，从而降低了它们在受控环境之外的预测效用。此外，这些实验通常位于功能生态系统内，这些生态系统提供来自景观的持续生态系统服务流，因此，结果可能强烈依赖于环境。例如，通过实验排除某些小区的天敌，可能会导致害虫数量和损害与整个系统中天敌的损失非常不同。因此，这些实验的结果取决于周围生态系统的功能。最后，生物多样性实验的测量结果，如植物生产力或农业害虫丰度，可能只是生物多样性下降在生态系统中产生影响的潜在方式的一小部分。相反，生态群落及其功能通常是由复杂和间接的相互作用来定义的，例如行为介导的影响(即恐惧)、互惠关系以及可能将生物多样性下降转化为看似不相关的事件的明显和真实的竞争。

在实验环境中，将生物多样性下降与人类福祉联系起来还面临着额外的挑战。首先，生态上有趣的结果，如生物量，往往与人类福祉没有直接关系。相反，人类经常故意抑制某些生态系统中的生物多样性，如农田，以增加产量，甚至以可能降低包括杂草在内的总生物量为代价。此外，通过实验测试生物多样性下降对许多与人类福祉相关的结果(如健康)的影响在伦理上是不可取的。最后，人类对生物多样性下降的补偿性反应，如租用蜂群代替野生传粉者或使用杀虫剂代替害虫的天敌，可能抵消生物多样性丧失的经济影响，但也可能给人类福利带来新的问题，如下所述。

鉴于这些实验的局限性，我们如何了解生物多样性下降对人类相关结果的影响?学者们开始利用所谓的“自然实验”提供的生物多样性的大规模变化，探索生物多样性下降的复杂和间接影响。尽管生物多样性下降的许多驱动因素，如空气或水污染，也可能对其他物种或人类产生不利影响，但自然实验提供了生物多样性的外源变化。例如，重新引入捕食者可能提供一个自然实验，以了解捕食者如何影响生态系统功能和生态系统对人类的服务。在美国的一些地区，比如威斯康星州，狼在几十年的时间里自然地重新入侵并扩散。Raynor等人比较了有狼和没有狼的县在狼再次入侵前后的情况，说明狼显著减少了鹿与车辆的碰撞，其对人类的价值远远超过牧场主因牲畜死亡而付出的代价。野生动物疾病也可以提供残酷的自然实验。例如，真菌病原体蝙蝠壶菌(Batrachochytrium dendrobatidis, Bd)在20世纪80年代至2010年代从哥斯达黎加东北部传播到巴拿马南部，导致中美洲两栖动物大量死亡。两栖动物的大量减少导致了新热带地区蛇类和两栖捕食者的本地和区域多样性的下降，并通过增加疟疾发病率进一步级联至人类，这表明两栖动物在疟疾生态中起着重要的调节作用。

Frank更进一步。除了阐明生物多样性下降的影响外，Frank还指出，使用技术替代品来应对生物多样性下降可能会对人类福祉产生不利影响。许多种类的蝙蝠是贪婪的食虫动物，长期以来一直被怀疑在农业生态系统中提供有价值的昆虫生物防治。许多食虫蝙蝠也容易感染WNS。WNS是由一种破坏冬眠的真菌病原体引起的，于2006年在纽约出现，并迅速蔓延到美国各地，在监测的冬眠洞穴(hibernacula)中，几种物种的种群数量估计下降了90%以上(10)。Frank指出，在蝙蝠数量减少的县，农民将杀虫剂的使用量增加了31%以上，婴儿死亡率增加了近8%。这项研究增加了越来越多的因果推理文献，表明环境污染，一般来说，特别是农药，会导致不利的生育结果。然而，很少有人像Frank那样将生物多样性的下降与不利的生育结果联系起来。

Frank观察到的估计影响大得惊人，部分原因是杀虫剂的增加虽然百分比很大，但仅为2.7公斤/平方公里或0.027公斤/公顷。Frank进行了各种稳健性测试，进一步证明了他估计的影响的相同方向和大致程度。然而，有一些结果，如除草剂的使用增加和对WNS后不太严重的出生结果(出生体重，妊娠长度)缺乏影响，其机制尚不清楚，可以从额外的多学科研究中获益。

Frank进一步说明，技术往往不能很好地替代完整的、运转良好的生态系统所提供的调节服务。无论是农药、药品，还是道路安全措施，复杂的生态相互作用都难以替代。例如，狩猎可能会减少鹿的数量，因此可能会成为狼重新引入的替代品。然而，狩猎并不能复制恐惧和躲避捕食者的行为，这是狼对鹿与车辆碰撞的大部分影响的基础。正如Frank所证明的那样，技术解决方案实施起来也很昂贵，而且可能会产生下游后果。此外，技术竞赛很少获胜，因为选择压力推动了进化和新问题，如抗除草剂杂草或耐药疾病。物种的共同进化可以帮助保持相互作用的平衡，而不需要昂贵的研究和开发新的解决方案。

为了促进对生物多样性下降的理解，科学家和资助机构必须克服大多数分类群普遍缺乏详细的生物多样性监测的问题。例如，Frank缺乏蝙蝠数量随时间变化的详细数据，Springborn等人缺乏传播疟疾的蚊子数量的数据，这阻碍了对生态机制的严格识别。对生物多样性监测的额外投资，类似于美国地质调查局的北美繁殖鸟类调查、圣诞鸟类计数或欧洲繁殖鸟类图集，迫切需要其他分类群。在智能手机等广泛普及的技术的帮助下，公民科学虽然不是没有问题，但它有可能填补生物多样性监测的空白，就像使用先进的遥感技术和人工智能一样。然而，尽管公民科学项目可以补充协调努力，但它们不能取代协调努力。此外，许多监测项目侧重于有魅力的分类群，如鸟类。监测对生态系统功能起重要作用的昆虫或偏远地区的物种等魅力较小的分类群可能仍然是一个具有挑战性的前沿。最近的政策举措，如美国的30 × 30和欧盟的自然恢复法，旨在保护或恢复生态系统。这些举措对于遏制生物多样性的丧失和保护生态系统服务至关重要，但往往造成分歧。就像弗兰克的研究那样，对生物多样性丧失对人类福祉的影响进行可衡量的、严格的理解，可以激励人们进一步投资于政治、社会和经济领域的保护。

同样，由社会、自然和卫生科学家组成的多学科团队可以更好地合作，利用不同的数据集和互补的方法，提炼出对政策相关性的机制理解。学术激励和学科壁垒依然存在。生物多样性和人类福祉则不那么重要。鉴于越来越多的证据表明，曾经由完整的生态系统提供的调节服务的技术替代品是不完整的，而且可能有害，现在是建立鼓励合作的资金和推进结构的时候了。

据估计，30亿只鸟类已经消失，几乎是1970年数量的1/3。无数不受监控的物种肯定也消失了。虽然几乎不可能完全量化这种大范围衰退所造成的生态系统和福利损失，但遏制生物多样性危机对于维持生态系统提供的许多好处至关重要，而这些好处是技术替代品无法轻易或可能永远无法取代的。像Frank这样的研究对于理解分配稀缺资源对生物多样性保护的好处很重要。