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第八章 封閉系統 8.1 密封的瓶裝生命

第八章 封閉系統

8.1 密封的瓶裝生命

對這些生物說來,這裏不單是圈養欄,這裏就是它們的家。它們要在這裏吃、睡、打鬧,在這裏繁育後代,直到生命的盡頭。不僅如此,如果時間充足,它們還會共同進化,共享天命。它們所擁有的是一個真正的生命群落。
與此同時,某些在初始階段主宰這塊礁石的物種消失了。高梅茲說,我沒有預料到會出現這種情況。這讓我非常震驚。生物接連死去。我問自己我到底做錯了什麼?事實證明我什麼也沒有做錯。這隻不過是群落的循環而已。這個群落啟動之時需要大量的微藻類。之後的10個月內,微藻類消失。接著,某些開始時很旺盛的海綿消失,另一種海綿卻突然冒出頭來。就在最近,一種黑色海綿開始在礁石里紮下根。而我卻完全不知道它是從哪來的。正如帕卡德的北美大草原以及溫蓋特的楠薩奇島的複原工作,珊瑚礁在組合的初始階段,而不是在維護階段,需要某些伴護性物種的幫助。礁石中的某些部分只不過是「拇指」。
每次嘗試開始的時候,他都會首先培養出一份濃稠的豆色海藻培養液,排放在正午的陽光下,亂糟糟地冒著泡泡。如果系統開始偏離形成珊瑚礁的條件,高梅茲就會沖洗培養槽。用了一年不到的時間,他終於獲得了演化方向正確的原型珊瑚培養液。
福爾索姆的封閉微生物迷你世界有它們自己的生活節奏,也真實地反映了我們星球的生活節奏。在大約兩年的時間內,它們重複利用自己的碳,從二氧化碳到有機物質,再從有機物到二氧化碳,循環往複。它們保持著一種與外界的生態系統相類似的生物生產率。它們生產出定量的氧氣,比地球的氧水平稍高。它們的能源效率與外部大生態系統相當。而且,它們贍養的生物數量顯然是不限定的。
在這個珊瑚展示池後面,一堆隆隆作響的泵九*九*藏*書機、管道和各種機械裝置,在電力的帶動下維持著這個玩具礁體上的超級生物多樣性。一個遊客,打開一扇沒有任何標誌的門,從水族館昏暗的觀景室中跋涉到泵機這裏,一開門,就有眩目的外星人似的光線奔涌而出。這裏的房間內部刷成了白色,瀰漫著溫熱的水汽,耀眼的燈光令人感到窒息。頭頂的架子上掛著炙熱的金屬鹵素燈,每天放射出15個小時的熱帶陽光。鹽水涌動著穿過一個四噸重的水泥大桶,桶里裝了滿是凈化菌的濕沙。在人工陽光之下,長長的淺塑料托盤裡綠色水藻生長旺盛,過濾著礁石水體所產生的自然毒素。
這種封閉的複雜系統到底能夠運行多長時間?福爾索姆說,據說巴黎國家博物館展出過一株1895年封入一個玻璃罐中的仙人掌,正是這個傳說激發了他製造封閉的物質世界的最初興趣。他不能證實傳說的存在,但據說在過去的一個世紀里,這株仙人掌上覆蓋的藻類和苔蘚的顏色會依序從綠到黃循環變換。如果這個封閉的玻璃罐能獲得光照和穩定的溫度,那麼,從理論上說,這些苔蘚沒有理由不能生存到太陽毀滅的那一天。
這濃縮的礁石以異乎尋常的色調和怪異的生命形態,營造出一種新紀元音樂般的氛圍。站在這個長方形容器的前面,如同腳踩著和諧的節點。這裏每平米生物種類數目超過了地球上其他任何地方。生命密集得不行了。那異常豐富的自然珊瑚礁,已經被進一步壓縮成了超越自然富集程度的人造堡礁。
對於這個礁體來說,工業管道裝置替代了太平洋。一萬六千加侖的再生海水旋轉著流過仿生系統,沖刷著這塊珊瑚礁,像南太平洋那長達數英里的海藻園和沙灘給野生珊瑚礁提供的東西一樣,帶來了過濾的、湍急的、富含氧氣的海水。九*九*藏*書這一整套帶電的展示,是精細脆弱、來之不易的平衡,每天都需要能量和照料。一步走錯,整塊珊瑚礁就可能在一天內分崩離析。
要獲得穩定的珊瑚礁,重要的是要做好最初的微生物母體。夏威夷大學的微生物學家克萊爾·福爾索姆曾經根據他對廣口瓶中的微生物培養液所作的研究得出過這樣的結論:「任何一種穩定的封閉生態系統的基礎,基本上都是某種微生物。」他認為,在任何一個生態系統里,微生物都肩負著「閉合生物元素之環」的作用,使大氣與養分能夠循環流動。對此,他通過微生物的隨機混合找到了證據。福爾索姆所做的實驗跟皮姆和德雷克所作的實驗非常相似,唯一的區別就是,他把廣口瓶的蓋子給封上了。他仿製的不是地球生命的一小部分,而是自給自足的整個地球的自我循環系統。地球上的所有物質都處於某種循環之中(除了些許無足輕重的輕氣體的逃逸,以及隕石的少量墜落)。用系統科學的術語來說,地球在物質上是一個封閉系統。而另一方面,從能量/信息的角度來看,地球又是開放的:陽光照射著地球,信息則來來去去。像地球一樣,福爾索姆的廣口瓶在物質上是封閉的,在能量上是敞開的。他從夏威夷群島的海灣挖出含鹽的微生物樣本,把他們用漏鬥倒進實驗室用的那種1升或者2升的玻璃燒瓶中,然後密封起來,再通過一個採樣口抽取少許來測量它們的種群比率和能量流,直到它們穩定下來。
古人都知道,一天就可以摧毀的東西,要想建成它,可能會需要幾年甚至幾個世紀的時間。在史坦哈特珊瑚礁建成之前,沒有人確定是否能通過人工方法建立起珊瑚礁群落,如果可以,也沒有人知道這樣的工作到底需要耗費多長的時間。海洋科學家清楚地知道,作為一種複九九藏書雜的生態系統,珊瑚礁必須按照正確的順序才能組合成功。但是沒有人知道那個順序到底是什麼。很顯然,當海洋生物學家勞埃德·高梅茲起先在學院水族樓那陰濕的地下室中轉悠的時候,他也不知道這個順序到底是什麼。高梅茲一桶桶地把微生物倒在大塑料槽里攪和,按照不同的順序逐樣添加各個物種,希望能夠獲得一個成型群落。但基本上每次嘗試都是失敗的。
不過,無論能夠生存多長時間,這些瓶裝系統都需要一個啟動階段,一個大概會持續60到100天的波動危險期,在此期間任何意外都可能發生。高梅茲在他的珊瑚微生物中也看到了這種情況:複雜性的開端植根于混沌之中。不過,如果複雜系統能夠在一段時間的互相遷就之後獲得共同的平衡,那麼之後就再沒有什麼能夠讓它脫離軌道了。
兩扇平板玻璃窗讓你一覽充滿異域生物的愛麗絲奇境。嬉皮士般色彩斑斕的魚瞪著眼看橙色底白條紋的小丑魚,抑或是在看一小群亮藍雀鯛。這些艷麗的小精靈時而在栗色軟珊瑚那羽毛般的觸手中間疾速遊走,時而又在巨型海蚌那緩慢翕動的肥唇間穿梭。
舊金山史坦哈特水族館一長溜展品的盡頭,燈光照耀下怡然自得地生長著一叢密集的珊瑚礁。水族館的玻璃牆後面,幾英尺的完備空間就將南太平洋海底一英里長的珊瑚礁上的各種生物集中展現了出來。
高梅茲預測說,當這個礁石群落最終穩定下來時,還會發生進一步的轉變。「在我看來,到滿10歲之前它還會發生重大的變化。因為到那時候礁石會發生融合。基腳珊瑚開始向下紮根到鬆散的岩石中,而身處地下九*九*藏*書的海綿會在底下挖洞。所有這些會整合成一個大型的生命群。」一塊有生命的岩石就從幾個種子生物體中發展起來。
如同皮姆發現隨機混合物是多麼輕易地形成自組織的生態系統時一樣,福爾索姆也是大吃一驚。他驚訝地發現,即使對封口的燒瓶中生成的封閉營養物質循環迴路施以額外挑戰,也阻止不了簡單微生物群落獲得均衡狀態。福爾索姆說,在1983的秋天,他和另外一個叫曹恆信的研究者意識到,封閉式生態系統,「哪怕它的物種類別再少,也幾乎都能成活。」而那時,福爾索姆最初的那些燒瓶,有些已經存活了15年。最早的那一瓶是在1968搭配封裝的,到現在已經有25年的時間了。在此期間,沒有向裏面添加過一點空氣、食物或者營養物質。儘管如此,他這一瓶以及所有其它的瓶裝生物群落,僅憑著室內的充足光照,在此後多年裡仍然生長旺盛。
勞埃德·高梅茲的這種建造礁石的技巧在夜校里大受歡迎。對於那些痴心不改的業餘愛好者來說,珊瑚礁可以算得上是一個最新出現的挑戰。這些人登記入學,就是為了學會怎樣把浩瀚的大洋微縮到100加侖。高梅茲的這個微縮鹽水系統,把方圓數英里的生物收入一個帶附件的大型水族箱里。附件也就是定量給料泵機、鹵素燈、臭氧發生器、分子吸附過濾裝置,諸如此類的東西。每個水族箱1萬5千美金,價格不菲。這套昂貴的設備運轉起來,就像真正的海洋一樣,清潔、過濾著礁石周圍的水體。珊瑚的生存環境需要水溶氣體、微量化學元素、酸鹼度、微生物種群、光照、波浪模式和溫度等種種因素上達到非常精細的平衡。而所有這一切,都是由機械裝置和生物製劑的互聯網路在水族箱中提供的。按照高梅茲的說法,常見的失誤,往往在於試圖往生物棲息地塞read.99csw.com入超過系統承載能力的生物,或者,正如皮姆和德雷克所發現的,沒有按照正確的順序來引入這些生物。那麼,順序到底有多麼要緊?高梅茲的說法:「生死攸關。」
大家都沒料到,在所有融進這塊玩具礁石的生物裏面,大約有90%的生物是偷偷進來的,也就是說,最初的那鍋培養液里沒有它們的影子。其實,當初那培養液里就存在著少量且完全不可見的微生物,只不過直到5年之後,等到這塊礁石已經做好了融合的準備,才具備了這些微生物參与融合發展的條件,而在此之前,它們一直隱匿而耐心地漂浮著。
創造自然需要時間。高梅茲啟動珊瑚礁(項目)5年之後,礁體才形成自我維持系統。直到前不久,高梅茲還必須給棲息在人造礁石上的魚和無脊椎生物提供食物。不過在他看來,現在這塊礁體已經成熟了。「經過持續了5年的精心照料,我已經給水族箱建立了一個完整的食物網,因此,我不必再給它餵食了。」唯一要提供的就是陽光,鹵素能源不斷地燃燒,生成人造日光傾瀉在這塊人工礁石上。陽光哺育海藻,海藻養活水生物,水生物養活珊瑚、海綿、蛤蜊和魚。而歸根到底,這塊礁石是靠電力維持生命的。
福爾索姆從自己的燒瓶世界中得出這樣的結論:是微生物——這種細小細胞構成的微型生命,而不是紅杉、蟋蟀或者猩猩——進行了最大量的呼吸,產生了空氣,最終供養了地球上無窮的可見生物。隱形的微生物基質引導著生命整體的發展進程,並將各種各樣的養分環融合在一起。福爾索姆覺得,那些引起我們注意的生物,那些需要我們照料的生物,就環境而言,可能僅僅是一些點綴性的、裝飾性的東西。正是哺乳動物腸道中的微生物,還有黏附在樹根上的微生物,使樹木和哺乳動物在包括地球在內的封閉系統中有了價值。