#海洋生物多樣性 正修科技大學磨課師(MOOCs)課程 #海洋 #學術

各位同學好 我們在上個禮拜介紹過珊瑚礁 海洋中的熱帶雨林 這個講次當中 稍微提到了一個概念 所謂的生物的物種多樣性 也提到了棲地 這種環境的多樣性 那到底 多樣性是一個什麼樣子的概念呢 我們今天就要在 這個根據這個部分再深入的 一個說明跟了解 因爲其實我們往往所知道的 要了解一個地方 它的一個物種 以及環境的特性 其實不止只是單一瞭解個體的多少 可能還要了解種類的數量 這樣子兩者之間兼顧 才能夠進一步 對這樣子的一個特殊的 一個單元 一個環境 有真正的一個瞭解 那麼因此在瞭解所謂的生物多樣性之前 那或許有一個問題 大家曾經都問過 到底世界上有多少的物種呢 我們看看這個圖 很複雜的一個圖 從植物到動物 從我們一般講的高等到低等 這個名詞我其實不太喜歡使用 因爲基本上來講 只要現在都還現存在地球上的生物 就表示它能夠 歷經地球環境長久的變化 現在能夠存活下來 就都已經很了不起了 那所以雖然有一些用 比較原始 或者比較進化 比較特化等等這些 其實我們可以避開這樣子的名詞不談 光這麼多的物種 現存在地球表面 每一個份子都有它的重要性 那到底目前有多少個物種 存在地球上面呢 科學家初估 如果說病毒的部分不算 因爲病毒是比較特殊一類的一個生物 從所謂的原核的細菌類 一直到真核生物到高等的這些物種來講 初估大概有八百七十萬 到一千萬不等 在看看下面這個表 是一個大餅圖 一個大餅圖 可以發現很多的 是屬於所謂的無脊椎動物 節肢動物的部分 當然其實這個表裏頭 並沒有把它切割細分 如果要真正來看的話 其實昆蟲的部分佔了最多 其實如果真正在 跟上個禮拜的講次做連結 其實昆蟲正是在熱帶雨林裏頭 因爲它較小的體型 能夠充分利用熱帶雨林裏頭的 各式各樣的爲棲地 然後扮演着不同的食性 不同的角色 然後不同的生態區位 使得它能夠有這麼多的一個 生物的種類在這個地方 那或許你會有一個問題來問我 屬於邏輯性上思考的問題 有一句話聽起來有點拗口 但是仔細想一想 我不知道 我不知道的是什麼 是啊 那我既然都不知道 那我還怎麼樣去推知呢 那地球上到底有多少物種 我都不知道哪邊去找到它了 那我怎麼知道 還有沒有更多 我沒有找到的 或者其他的可能呢 其實目前科學家用來估算 這樣子一個數據 就像你所看得到的 剛纔所提 從八百七十萬到一千萬 是有它的方法 再看看下面這個表 就是我們所使用的一般的方式 以所謂的科學家 調查各個地方 全世界所有生態體系 經過充分的研究瞭解 然後每次報導出所謂的新物種的發現 如果隨着取樣調查的次數的增加 可以很明顯的發現 的確所發現的物種 逐漸逐漸的上升 而且在研究工作近期的早期 這個數量增加的非常驚人 表示每一次的調查 所能夠發現的物種 相對的數量是比較多 但是接下來隨着時間的遞增 如果每一次每一次 你會發現 一樣的工作努力 假設我到熱帶雨林 待上一個月或者是一年 一樣這樣一年的週期 以前一開始或許可以找到 兩三百種 但是現在一年可能只能找到個幾十種 於是會發現以種 跟着取樣次數的這樣子的一個 對應圖發現法 慢慢它所呈現出來的次數 它的斜率的部分是趨於平緩 當然這其實是我們用來解釋一個特殊的 比較常用的一個部分 還是有一些比較特別的情況 如果我們把整個時間軸拉開來的話 其實往往它並不是單純的這樣子 而是還是會有些波動 比如說某一個地方趨緩了 人們覺得也差不多就這麼多物種了 可是比方說深海 或者一些特殊未知的地方 未知的生態系又被發現的時候 很可能它又會 有一個短時間的急遽上升 然後慢慢的又趨緩等等這樣子的一個方式 所以利用這種趨近的方式 纔有辦法估出所謂的現階段 到底物種數是有多少 好 那我們進一步再來講 那到底物種是怎麼來的呢 其實講到物種的話 我們常常就會講到 其實物種原始這本書 達爾文寫的 很多人可能都聽過 也看過 那達爾文他是 我們所謂演化學的 演化論的一個鼻祖 他提出了天擇的理論 我們俗稱達爾文主義 達爾文主義 就從所謂天擇的角度 解釋的地球的環境變動 物競天擇 適者生存 不適者淘汰 那麼其實推動整個演化的機制 其實要來在於比 達爾文所提出的這樣子的演化理論 大約略同時更稍早一點 但是人家沒有體會到 他的一個重要性的 也就是所謂遺傳學 簡單來講 就是奧地利種豌豆的那個神父 我們所講的孟德爾 當他孟德爾 還在辛辛苦苦的種他的豌豆 來發表他的 所謂的遺傳學的一個結果的時候 並沒有受到重視 當時的博物學家 傾向於瞭解到底物種是怎麼來的 比較喜歡研究演化的理論 我們再看看上面這個圖 綜合這所謂的遺傳學的一個概念 以及演化學的基礎 我們其實現在可以瞭解 看起來這個圓形的一個圖 構成新的種 隨着時間的變動 新的種是會產生的 但是就意味着 舊的種可能是滅絕或者是改變 那這個基本的過程 就是上面所列出來的 由於有遺傳的差異 那隨着環境變動的過程當中 每一個個體 或者族羣裏頭的種類的個體 它適應性的強弱不同 有一些就被淘汰 那它的特殊遺傳構造的基因 就不能保留下來 有一些存活下來的 那自然就繼續延續下去 當一個族羣裏頭 這不同的基因的組成 後續受到篩選遭受隔離之後 可能久而久之 自然就演化出了兩個 或者更多的不同的一個物種 因此我們一旦要介紹到所謂的 物種的起源跟演化的概念 來談到所謂的物種多樣性的時候 其實我很喜歡引用 很有名的一位 生物學家 或者說遺傳學家所提到的 這樣一句話 The Ecological Theater and the Evolutionary Play 它的中文我們可以把它叫做 在生態的劇場上面 上演着演化的戲碼 所以生態 生態系 代表着整個地球的環境 就好如一個劇場 一個電影院 而接下來在這個電影院裏頭 所上場 扮演着不同角色的 第一幕 A B C 然後接下來 隨着時間的遷移 可能 好 第一幕落下 整個背景換過了 就猶如地球環境的變動一樣 然後接下來可能取而代之的是 C D E 不同的角色上來 隨着時間的推演 有的下臺一鞠躬 但是有新的角色一直一直上來 所以實際上來講 我們今天所提到比較多 接近生態的一個概念 一定要從時間的角度來切入 來了解所謂的演化跟生態的關係是怎麼樣 真正講起來才能夠把這個部分 把它的意義瞭解得更加的清楚 好 我們再繼續看下來 這個圖 這個表 同學看起來有一點類似 因爲之前我們在探討所謂的 生態學研究的層級 一樣出現過 沒有錯 一樣的 我們研究生物多樣性 Biological Diversity 或者簡稱Biodiversity 一樣可以從個體 往下叫所謂的基因的層次 或者往上 同種個體的一個集合名詞叫族羣 一個特定環境之內 不同的族羣的總稱就叫羣聚 如果再加上整個環境中 無生物的部分的話 就形成了所謂的生態系 我們首先來切入 基因有所謂的多樣性嗎 試着簡單來講 我們剛纔講的所謂的遺傳的部分 已經點了很清楚了 個體的一個形狀差異 其實就是由於基因的不同 它多樣性所呈現出來的 所以目前有一個 一個很熱門的一個概念 所謂的基因重組 或者是所謂的基因改造 基因改造這個部分 其實我們值得深思的是 如果不是藉由自然界篩選的力量 而是企圖由人類來扮演上帝的角色 對於物種的基因 做這樣子的一個改變 是否真的恰當 值得我們相當的省思 那後續我們還會針對這個部分 舉一些例子再來做說明 那當然除了生物多樣性的一個 這樣從基因到個體到族羣 羣聚 甚至生態系的多樣性來講 又更符合了我們上一次介紹到 熱帶雨林 以及珊瑚礁的相關點的時候提到了 以一個這樣子多樣性高的 環境裏頭 勢必是由所謂的多樣性 極高的棲地 才能夠維持這樣多樣性 極高的一個生態區位 讓整個體系形成一個穩定的狀態 好 那麼再來我們來看看 談到生物多樣性 以前老是 人類跟所謂的上天 或者未知的大自然之間 總是認爲說 上天對人類非常的好 總是把人類的地位排在其他的生物之上 所以對於一些人類 能夠從自然界獲取的東西 都認爲是上天的恩賜 所謂的上天的恩賜 好比說在相片中可以看到 這是一種很熟悉的東西 大家可能都看過 八角茴香 八角常見的一種香料作物 之前我們可能大部分把它用在食料 食材上面做一個香料的這樣子 一個作用而已 但其實在這一篇報導裏頭 它所要呈現重要的意義 是可以利用八角里頭 所提煉的一個蒙草酸的 這樣子的一個化學物質用來製藥 而製成的藥物 就是大家所知道的克流感 因此在之前 有幾次所謂的大規模的流行性感冒 這樣子的一個傳染的時候 八角就形成了很強手的東西 但其實直接這樣使用 並沒有辦法真正發揮它的藥效 但不管怎麼樣 這樣子是提醒大家 自然界仍然有很多的生物 它所扮演的角色 跟人類的關係 是我們所不知道的 人類在自然界中其實是非常的渺小 再跳到另外一個層次來講 我們談到生態系 從整體的生態系的角度來看 這樣整個環境裏頭 是由許多種不同的物種 所構成一個緊密連結 一個網路的形態 完整的一個體系 才能夠提供完整的服務 而這一些往往是人類 在日常生活中 常常視爲理所當然 而沒有自覺的部分 從這個圖裏頭 我們可以來看到 以自然界裏頭 這樣子的生物多樣性 以及環境的部分 可以提供整個所有的物種 包括棲地、生活多樣性 還有光合作用 等等的食物的供應 水或這是其他的支持性的部分 或者甚至從功用性的角度來講 比方說很多物種之間 受粉者的蜜蜂 蝴蝶 甚至於蜂鳥這些受粉者 提供了整個功能性的部分 讓整個的生態體系 它的功能趨於完整 而其中的份子 都扮演着它不可或缺的一個角色 然後接下來整體而言 對整個生態體系 除了該有的運作之外 如果再從人類的角度出發來講 這樣子的一個運作過程 可以提供人類 比方說可能避免掉來自洪水的侵襲 或者是提供乾淨的空氣 或者調節了地球的氣候 甚至於再從 更從狹窄的角度來講 提供了人類在生活上 文化上各種層面的一個供應的部分 但這個部分 是屬於生態系所提供的服務 而我們 是沒有辦法像一般的商業行爲當中來講 把它用金錢來量化 來估算的 因此也就常常遭受人爲的輕忽 那造成了後續不可挽回的結果 那麼因此 在講到生物多樣性的時候 很不可避免 也很悲傷的 我們必須提到 從人類歷史有記錄以來 已經有諸多生物 消失在地球的舞臺上面 從這個表中間只是初步的介紹 從西元1600年到1949年左右 主要的 可見的所謂的 比較人類 所關注到的 鳥類以及哺乳類 在不同的時間 它們滅絕的速度 但是請大家注意 光就鳥類跟哺乳類這樣滅絕的速度 從時間軸 下面的橫軸可以看到 滅絕的速度在這近幾百年來 增加的速度非常非常的快 值得我們擔心 舉個簡單的例子來講 這樣子的消失 並不意味着單純的數目上的減少 比方說 中間可以看到一個 第二個 這個叫多多鳥 有人翻成渡渡鳥 它原來生活在模里西斯島上面 我特別把它拿來做一個舉例 它也是代表着人類的歷史 演化的過程當中 藉由海洋 運輸 傳播 這樣子的一個能力變動過程當中 歷史的一個變化 結果水手 跑到模里西斯島上面的時候 發現這種鳥傻傻的 又不怕人 又不能飛 那因此做爲他最好的食物供應的來源 於是沒有多久 很快這種鳥就滅絕了 似乎看起來只是少了一個物種 沒有什麼關係 但實際上如果把它回想到 剛纔所提過的 生物以及生態系 所能夠提供的功能性的部分來講 其中有些特殊的部分 是我們所不瞭解的 就渡渡鳥來講 後續科學家的研究才發現 有一種植物 是它主要食物的來源 而這種植物 跟渡渡鳥有非常密切的關係 這種植物的果實 一定要經過渡渡鳥的取食 經過它消化道磨碎磨蝕之後 所排出來糞便裏面的種子 才具有發芽的能力 因此後續在模里西斯島上面的研究發現 這種植物再也沒有新生的幼苗 都只有那些原有的高大 老林的植株 可以預期的是 如果沒有辦法找到適當的行爲 接下來可能宣告的 就是這一類的 這一種植物的死亡 再回到剛纔之前所提的 生態系的服務來講 其中很多特殊點是我們所不瞭解的 比方說最近特別大家注意到的議題 是蜜蜂大量的死亡 那其實它所衝擊的 並不是我們沒有蜂蜜可以吃而已 就所謂的一個受粉學的角度來講 對植物所進行受粉 它影響的是整個開花植物的 傳宗接代的一個過程 那因此受粉者的消失 將是對整個植物 整個開花植物 整個基礎食物鏈 最底層綠色生產者 一個重大的衝擊 那因此連帶而來的 會是整個的食物鏈 整個的食物網 後續無法預期的一個衝擊 那但是 陸地上我們或許已經注意到 這樣子的一個變異 但實際上海洋裏頭有什麼樣的事情呢 我們可以說目前所知仍然極爲有限 OK 那再回過來一樣的 就生物多樣性來講 迴歸到我們剛剛講的 一個基因多樣性的一個例子 這邊這個圖表 是介紹到二十世紀早期 上面的部分 是我們常見的各種的 日常生活可以接觸到蔬菜類的 蔬果類的作物 包括小黃瓜 番茄 瓜類甜瓜 或者豌豆 白菜 高麗菜 甚至到甜菜等等這樣子 在二十世紀的早期 還有這麼多的物種 但後續由於人類商業化的過程當中 以人類單純的出發點 考量到怎麼樣在追求多產 怎麼樣追求抗病 因此基於商業利益的考量 僅篩選了極少數的物種 甚至於在有意無意之間 把它推廣到全世界各地 而形成了這樣子的一個基因庫 極速衰竭的一個情況 其實是相當值得我們省思 因爲基因的多樣性越低 複雜度越低 代表着它單一性越高 同質性越高 你可以預期 如果遭遇到某一個 未知的一個衝擊的時候 很可能來一個疾病 這些個體全部就死光光 而這個也是在我們大規模的 農業作物 產生的過程當中 可見的一些 常見的一些情況 那麼因此有關所謂的生物多樣性的 這樣子的重要性的部分 世界上很多國際間的組織 已經體認到這樣的一個事實 所以甚至在2010年 把它認爲是所謂的全球生物多樣性年 在這個圖表裏頭 已經明顯揭出了 包括目前全世界不同生態體系裏頭 不同的物種 所遭受到一個威脅 並且對這樣子的一個環境 所受到的一個衝擊 影響了生物多樣性之後 對人類將來的生存 所可能造成的衝擊 提出了忠顧 但是 那是2010年的事情 在這裏頭 其中的2 第一個2代表了海洋生態 可以看到浪潮及魚類的部分 0中間代表着動物 1有人類 一個大人帶一個小孩 最後一個0中間是一棵樹木 代表着整個生態體系裏頭 密不可分的關係 今年已經2014年 我們在這幾年當中 又學到了多少呢 在介紹完了 生物多樣性的成因 以及目前全球的生物多樣性 遭受到這樣子損失 各種的危機 其實我們回過來 最後還是要再來看一看 到底臺灣的海洋生物多樣性 是怎麼一個情況 那其實就我們所知道 臺灣周邊海域 就生物多樣性而言 是我們所謂一個的熱點 最重要的還是 迴歸到我們之前所提的 由於環境的複雜度 造就了裏頭生物的多樣性 就圖中一個整個海底的地形 可見到臺灣 從所謂的臺灣海峽 一個大陸棚的延伸 很快的往太平洋方向是很深度增加 快速增加的情況 再從這兩個小的圖可以看到 其實就洋流來講 表層的洋流以及所謂的深層的 洋流的水流 又呈現出相當不一樣的情況 因爲深層的水沒有辦法上升 躍升到大陸棚 也就是臺灣海峽的這個部分 那如果說我們再就單純的一年四季 臺灣周邊海域這洋流的變化 其實大致上就可以瞭解 因爲臺灣周邊海域 影響的生物多樣性 最主要在物化因子 來自三個不同的洋流 一個是來自赤道太平洋 由南往北的 剛好在這邊做一個轉彎的黑潮 它是典型的高溫 高鹽 溫度高因爲來自赤道地區 而且蒸發量大所以鹽度相對的比較高 第二個是來自於南中國海的表層水 因爲它來自南中國海地區 所以來自低緯度 所以一樣是溫度比較高 但是由於靠近陸地的關係 來自於陸地淡水的稀釋 所以它是典型的高溫低鹽 那樣在密度上就有所的差異 另外一個是由北往南 沿着中國大陸沿岸下來的 這個叫中國大陸沿岸流 那因爲它是由緯度較高地區下來 而且又靠近陸地 所以它特性反而是比較偏低溫 低鹽的一個狀態 那因此這三者 這三者就在臺灣的周邊海域交會 再配合臺灣是屬於季風 季風地區 夏天的西南季風 那當然同樣增長了黑潮 以及南海表層水的一個運動方向 而接下來的冬天 所謂東北季風 它盛行的時候 那相對的又使得中國大陸沿岸流又比較強 因此使得臺灣的周邊海域 呈現出四季非常豐富的 不同的變化 也因此成爲了造就臺灣 海洋生物多樣性的 最主要的成因 至於其他的部分 我們就等待其他的章節 後續的章節再來做個介紹