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数字标本奖

生物多样性小故事

媒体:原创  作者:Cary
专业号:Cary   2022/4/23 13:29:39

“生物多样性主要包括三个层次:物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性。生物多样性是指生物及其环境共同形成的生态复合体及与此相关的各种生态过程的总和,由三个方面构成。物种、遗传、生态系统多样性也各有其特点和含义。

物种多样性是生物多样性的中心;是生物多样性最主要的结构和功能单位。物种多样性包括两个方面:一方面是指一定区域内物种的丰富程度,可称为区域物种多样性;另一方面是指生态学方面的物种分布的均匀程度,可称为生态多样性或群落多样性。

让我们通过几个小故事来了解一下生物多样性的重要意义。

 

香蕉灭绝华蕉顶替

我们现如今吃的香蕉,其实并不属于真正意义上的香蕉,而是香蕉的代替品种,因为在1950年的时候,香蕉事实上已经灭绝了。

早在很久之前,人们就非常喜欢吃香蕉,特别是工业革命之后,世界各地的交流也变得广泛,从19世纪开始,香蕉曾经在南亚等地区被“疯狂种植”,但是,由于当时人们的经验不足,并且也没有意识到农作物的病虫害,究竟有多可怕,于是,上世纪20年代开始的一场“香蕉传染病”就开始在全球大流行起来。短短20多年的时间里,香蕉就从世界上灭绝了,可是,人们由于仍然非常渴望吃到香蕉,于是,研究者们就开始从已知的植物中,去寻找和香蕉属于“近亲关系”的物种,最终,一种在热带地区广泛种植的“华蕉”,代替已经灭绝的香蕉,继续为人们传递美味。

虽然现如今人类的科学技术水平,已经和百年前不同了,但是,对于香蕉的病虫害治理问题上,也是仍然存在着一些不足之处,所以,虽然“华蕉”并不是真正的香蕉,但是,它也同样存在着灭绝的风险。


兀鹫减少导致狂犬病增加

过去十年间,印度有一种翅膀展开可以达到3米的兀鹫几乎消失,这产生的直接后果是狂犬病发病率居高不下。这是因为兀鹫吃动物死去后的尸体,它们消失就导致了郊外的动物尸体大量堆积,吸引了大量野狗,结果使人被狗咬、患上狂犬病的数量大大增加。而兀鹫消失的原因之一与当地人给牛喂食一种药物有关系,它能够减少牛关节的疼痛,但对兀鹫来说却是毒药。


海岸卫士红树林

在热带、亚热带海岸带海陆交错区连片生长的红树林,占据陆地面积不到全球陆地面积的1‰,却与珊瑚礁、上升流、海滨沼泽湿地齐名,并称为四大海洋高生产力生态系统。

红树林具有防风消浪、促淤保滩、固岸护堤、沉降污染、调节气候、净化海水和空气、维护生物多样性等功能。发达的盘根错节的根系,以及成片红树林紧抱成一团形成的张力,有效消解了海浪的力量。不管林外风浪多大,红树林里风平浪静,因此红树林被誉为“海岸卫士”。

红树林微生物多样性也很丰富,具有良好生物活性、独特化学结构的活性功能分子,能为生物制药等领域提供丰富的模式结构化合物。

红树林是结构多样的生态系统,维持着高度的生物多样性和丰富的海产品供应。红树林部分被淹没在海洋中,形成了一个错综复杂的地上根系网,为各种海洋生物创造了独特而复杂的栖息地。这些物种被红树林所吸引,因为红树林具有较高的食物供应量、含氧量高的凉爽水源及其提供的庇护所。


哈密瓜与青霉素

在1928年夏弗莱明外出度假时,把实验室里在培养皿中正生长着细菌这件事给忘了。3周后当他回实验室时,注意到 一个与空气意外接触过的金黄色葡萄球菌培养皿中长出了一团青绿色霉菌。在用显微镜观察这只培养皿时弗莱明发现,霉菌周围的葡萄球菌菌落已被溶解。这意味着霉菌的某种分泌物能抑制葡萄球菌。此后的鉴定表明,上述霉菌为点青霉菌,因此弗莱明将其分泌的抑菌物质称为青霉素。

然而遗憾的是弗莱明一直未能找到提取高纯度青霉素的方法,于是他将点青霉菌菌株一代代地培养,并于1939年将菌种提供给准备系统研究青霉素的英国病理学家弗洛里(Howard Walter Florey)和生物化学家钱恩。

通过一段时间的紧张实验,弗洛里、钱恩终于用冷冻干燥法提取了青霉素晶体。之后,弗洛里在一种甜瓜上发现了可供大量提取青霉素的霉菌,并用玉米粉调制出了相应的培养液。

用玉米浆代替原来的蔗糖液做培养液,可以将产量提高20倍。

世界上的霉菌有很多种,有的容易产生青霉素,有的则根本没有。为了寻找新的菌种,希特利将实验室的人都派了出去。结果一位叫玛丽∙亨特的实验人员在水果摊上找到了一种长了毛的哈密瓜(Cantalope,美国的一种甜瓜,和哈密瓜是同种),发现上面的黄绿色霉菌已经长到了深层,于是就把它带了回来。

弗洛里检查了哈密瓜上的绿毛,发现这是能够提炼青霉素的黄绿霉菌。采用了新的菌种,再加上后来的射线照射处理,使得青霉素的产量又提高了1000倍。

今天人们通常讲在发明青霉素的过程中有两次偶然的运气,第一次是弗莱明的那一次,第二次就是这个玛丽带回的绿毛哈密瓜。

即便在工厂能生产青霉素后,产量依然很少。于是美国几十家药厂上千名工程师通力合作,使得青霉菌的浓度又增长了近百倍,才使得工厂能够大量生产这种药品。

二战时留在英国的亚伯拉罕在1943年发现了青霉素中的有效成分青霉烷,这就让药用的青霉素可以保留有效的成分而滤除各种可能有害的无用杂质。

1945年,英国著名女科学家多萝西∙霍奇金通过X射线衍射得到了青霉烷的分子结构,这使得美国麻省理工学院的希恩得以在1957年成功地合成了青霉素,从此生产青霉素不再需要培养霉菌了。


蘑菇拯救地球

在很久很久以前,那个恐龙都还未出现的超远古时代。在激烈的生存进化中,一株很有上进心的植物第一次进化出了“木质素”,从而成为了地球上的第一棵树。

在之后长达4000万年的时间里,地球上没有任何一种细菌或真菌知道该怎么分解木质素,更没有动物对这玩意感兴趣。

在那个时代,木头是不会被降解的,就如同今天的塑料一样,当时整个地球表面都被不断繁殖的树木给“污染”了。

于是,森林成为了当时地球上的唯一霸主,而且是邪恶霸主,树木死后的木头堆积如山,从空气中扣留了大量的二氧化碳,导致地球上的氧气含量急剧升高,气温急剧下降,高浓度的氧气直接改变了地球的大气结构,导致地球上99.99%的物种因氧中毒被灭绝,同时导致地球所有的表面矿物被氧化,还原性在银以上的金属在地球表面不可能有单质存在。

人类今天所谓的破坏地球环境,导致物种灭绝的手段,和当年的森林比起来,还差很多火候。

直到另一棵机智的真菌进化成了蘑菇,掌握了降解木质素的技巧,世界才恢复了和平,地球才慢慢的变成了我们今天看到的这个样子。

如今,人们仍然能利用平菇来分解石油、塑料……


我国野大豆挽救美国大豆

美国在20世纪50年代出现大豆的萎黄病,这种病使美国大豆大幅减产。70年代,美国科学家从我国引种野生大豆与当地易患萎黄病的大豆杂交,培育出一批能抵抗萎黄病的优良品种,挽救了美国大豆产业。

野大豆为豆属植物,是国家二级重点保护野生物种,分布于150-2650海拔区间内的林下、沟旁、河边等。它的最大特点有两条:同时具有抗病、抗旱、抗寒、喜阳、耐荫、耐盐碱、耐瘠薄、种子蛋白质含量高等多种优良特性;与大豆栽培种相比,野大豆根系小,根瘤菌数量多。

上世纪七十年代,一个国外民间友好交流代表团在中国内陆活动,代表团中有一位农作物育种专家收集到一棵野大豆的种子,这棵野大豆标本成为美洲大陆大豆未来的“祖师爷”。据说,后来,西方植物学者以其他事由进入秦岭,再将野大豆标本带出中国海关。若干年后,孟山都公司获得来自中国的野大豆标本,运用分子生物学技术对它进行检测和分析研究。1998年10月1日,该公司向美国专利局提交了一项名为“高产大豆及其栽培和检测方法”的专利申请。

利用在他国采集到的重点保护野生物种野大豆作为育种材料,培育出大豆新品种,美国跃居世界最大的大豆输出国,并垄断了国际市场。但其实,野大豆是中国特有种,只不过我们错失了良机。

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