金属照片:刘滨疆：《我们只有一个地球》

生物圈2号

地球

生存

健康

生物圈2号 地球 生态环境 植物 动物 哥伦比亚大学 伪科学 杂谈 http://blog.sina.com.cn/s/blog_5efda9190100edl2.html

   美国于20世纪80年代末耗资2亿美元，在亚利桑那州南部高原奥洛克附近的桑佩斯隆奇，建造起一座与外界完全隔绝的巨型钢架玻璃建筑物 “ 生物圈 2号 ” 。在 “ 生物圈 2号 ” 中，除设有供人类生活的空间和农作物区外，还建立起热带雨林、草原、沙漠、沼泽和海洋等 7种不同的生态系统。

    美国将这个生态实验站之所以命名为 “ 生物圈 2号 ” ，是出于这样的考虑：人类居住的地球是 “ 生物圈 1号 ” ， “ 生物圈 2号 ” 则是模仿地球这个庞大的生物圈的缩影。自 1991年 “ 生物圈 2号 ” 起动后，有 8名研究人员进入其中生活。按原实验设计要求， “ 生物圈 2号 ” 除阳光和能源，以及刚开始时的部分食品来自圈外供给，整个是一个 “ 封闭的生命维持系统 ” 。研究人员必须依靠这个封闭的 “ 世界 ” 实行自给自足：要栽种自己食用的粮食，饲养牲畜、家禽和鱼类；水和空气要实行自净而达到循环利用；废物 (包括排泄物)也要进入食物链从而转化为有用之物……饮食起居的一切均来自 “ 生物圈 2号 ” 自身。此外，这 8位科学家还得在与世隔绝的环境中从事科学实验和环保研究，探究这一生物圈内生态环境的变化过程。  

   1986年，美国人巴斯为了扩展人类新的生存空间，出资2亿美元在美国亚利桑那州的沙漠区动工兴建了世界瞩目的“生物圈2号”。1991年9月26日，来自世界各地的8位志愿者参与了生物圈2号的实验计划。计划设计在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如何运作，并研究在仿真地球生态环境的条件下，人类是否适合生存的问题。

    生物圈2号占地面积约1.27公顷，体积容量达20多万立方米。其主要是由玻璃帷幕和钢架所构筑的仿真生态群系，包括了热带雨林、稀树草原、沼泽地、海洋（含珊瑚礁岸）、沙漠等五类荒野生物群带，以及人类的农田、微型城市及技术圈等三种人造地区。生物圈2号为一个密闭系统，其中大约涵纳了大气(17万立方米)、淡水(1500立方米)、咸水(3800立方米)、土壤(17000立方米)、生物(3800～4000种)，以及人类（四男、四女）等重要组成。在生物圈2号中的微城市的内部设计中，配置了：实验室、医疗设备、厨房、寝室、餐厅、健身房、盥洗设施，以及图书室及观察室等。这种温室型的实验室，其运转所需的能源，主要是靠太阳能和外部供输的电力。具备密闭生态实验室中空气热涨或冷缩的调节功能。

    最初,生物圈2号实验目的是研究人类及多种生物(植物和动物)，在密封且与外界隔绝的人造系统中，是否可以经由系统内的空气、水、营养物的循环与重复使用下而能够健康、快乐的生存下来。在1991至1993年的实验中，由于研究人员发现：生物圈2号的氧气与二氧化碳的大气组成比例，无法自行达到平衡；生物圈2号内的水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。经广泛讨论，确认“生物圈2号”的实验失败，未达到原先设计者的预定目标，这证明了在已知的科学技术条件下，人类离开了地球将难以永续生存。同时证明：地球仍是人类唯一能依赖与信赖的维生系统。

    1996年，巴斯将生物圈2号交由美国哥伦比亚大学管理与规划未来的走向，做为生态学、环境变迁研究及教学的基地。哥伦比亚大学开始将生物圈2号既存的生态系统仿真实验及新的研究计划整合于并对外界开放，做为研究及学习中心，以探索我们人类生活与环境生态的互动影响。虽然生物圈2号计划实验目标并未达成，但是这也给人类上了很好的一课：大自然并非我们想象得那样简单，复杂巨大的系统关联中，可能每一缕轻风都是于生命所不可或缺的；人不是万能的，人类要依赖地球存活；人类要懂得顺应自然，要珍爱大自然的一切，才能与地球万物持续发展

    建造 “ 生物圈 2号 ” 的初衷是，探索把地球上的生命延续发展到其他行星和天体去的可能性。当然，它还很不完善 (其它星体上缺乏磁场，也缺乏大气臭氧层的庇护)，但即使这样，经过一段时期的实验后发现，要在其中实行完全的自给自足是不可能的。 “ 生物圈 2号 ” 开始运行不久，计算机系统就显示出圈内二氧化碳含量增加而氧的含量开始减少。这是因为圈内活土中的微生物在大量吞噬氧气，到 1993年初，圈内空气中的氧含量由原来的21％下降到了14％，居民们犹如生活在高山顶上稀薄的空气中，工作起来经常处于精疲力竭的状态；而因圈内玻璃罩阻挡紫外线，无法分解积聚的氮氧化物，导致其含量过高，达到足以对人的大脑引起损害的浓度。更意想不到的是在 “ 生物圈 2号 ” 运行两年多的时间里，严重的生态问题产生了：放养于圈内的 25种脊椎动物，死去了19种；蜜蜂、蜂鸟和其他可以传授花粉的昆虫大多数灭绝，这样，依靠昆虫传粉繁殖的植物也就断了代；而那些靠自花传粉的植物却似乎获得了良好的机会而疯长；黑蚂蚁也因环境适宜而获得大量繁殖的机会，爬满了建筑物的金属框架。再加上圈内光线不足和病虫害，造成了粮食欠收，无法保证这8位居民吃饱肚子，整个圈内的景况是一团糟。至于这些 “ 居民 ” 们所进行的科研工作，正如该生物圈的负责人所说：居民们要将 95％的时间和精力都花在种植粮食和杀猪宰羊等为自己生存的工作上，还要为保养和维修管道系统和计算机系统花去一部分精力，更要为治理恶劣环境、改善自己的生态系统而作出努力，结果累得他们疲于奔命。最后，不得不暂时关闭这个实验基地。

   可见，尽管有 “ 生物圈 2号 ” 居民的献身精神，还有先进的科技设备作保障，但是要想创造出一种如同地球那样能够维持生命的支持系统是不可能的。这从另一方面提醒人们：地球生态系统是经过自然界的长期演化而形成的，它是人类赖以生存的唯一基础，失去这一基础，人类就将彻底毁灭。 “ 人类只有一个地球 ” ，只有珍惜她，人类才能在地球上得以持续生活。否则， “ 生物圈 2号 ” 出现的灾难将是人类悲剧的最终结局。 

图片说明：迄今为止，生物圈２号已经接受了上千名哥伦比亚大学和其他大学的学生进行地球系统科学方面的研究。另外，从今年６月开始，哥伦比亚大学还将以生物圈２号为基地，招收环境事务方面的公共管理硕士（ＭＰ）。

图片说明：自１９９６年１１月开始，生物圈２号开始接待游客。每年慕名游览这个“沙漠中的玻璃屋”的约有１８万人。不能亲自前往的，也可以登陆生物圈２号的网站（ｗｗｗ．ｂｉｏ２．ｅｄｕ）来一次虚拟旅行。图为生物圈２号外景。

后记：

世界性的争论

   被视为反面教材的生物圈２号现状如何？它还是“奢侈的伪科学”吗？美国石油大王所投的巨资是否打了水漂？
    若干年前，在美国亚利桑那州的沙漠中再造一个“迷你地球”的实验失败后，耗资２亿美元的“生物圈２号”一时间成为笑柄，甚至被斥之为“奢侈的伪科学”。直到今天，生物圈２号仍然被很多人看作是藐视自然的反面教材。然而，或许很少有人注意到，这些年来生物圈２号正在悄悄发生变化：它吸引了大量游客和学生，成为一个绝佳的旅游胜地和教育基地；尤其重要的是，它渐渐赢得了科学界的尊重，成为一个非常难得的关于全球气候变化效应的研究中心。 

                                       生物圈2号入口
    “奢侈的伪科学” 

    曾经有人提出过一个看似天方夜谭的设想，在我们生活的地球上再造一个“迷你地球”，探求人类在这个现代“南泥湾”之中自给自足，以及未来在月球或火星上建立生存空间的可能性。美国得克萨斯州的石油大王爱德华·巴斯为此憧憬不已。

    从１９８４年到１９９１年，巴斯个人出资２亿美元，在美国亚利桑那州图森市以北的沙漠中建起了“生物圈２号”。生物圈２号占地１３０００平方米，仿佛一个巨大的温室，雨林、沙漠、草原和海洋应有尽有。“生物圈１号”是我们生活的地球，顾名思义，生物圈２号就是一个“迷你地球”。
    
    １９９１年９月２６日，生物圈２号迎来第一批志愿者，４男４女开始了为期两年、与世隔绝的生活。尽管这些居民事先花去几年时间接受了工程、农业等方面的良好培训（其中一位甚至接受了牙科训练），拥有每年耗资百万美元的技术支持，各种各样的灾难仍然接踵而来：各种动植物大量死亡，蟑螂和蚂蚁却儿孙满堂；更为糟糕的是，到了１９９３年１月，生物圈２号内的氧气含量从２１％下降到１４％，不得不从外界补充氧气，自给自足的幻想彻底破灭。
    
    实验失败了。经过短暂的休整，生物圈２号又迎来了第二批居民。５男２女住了个半月后，由于笑气（Ｎ２Ｏ）积累过多，在１９９４年９月１７日被迫离开，实验再度以失败告终。打那以后，再也没人在生物圈２号中过日子了。

                               生物圈2号：接待室  
    一个“乌托邦”式的科研计划宣告破产，生物圈２号遭到了一些人无情的嘲笑，有人甚至斥之为“奢侈的伪科学”。
    
    当然，生物圈２号也使人们更加明白一个看似浅显的道理：“目前地球仍然是人类的惟一家园。”不仅如此，它还在不经意间给人们留下了一些佳话。
    
    生物圈２号称得上是一个“小联合国”，居民分别来自美国、英国、墨西哥、尼泊尔等７个国家。在这个“小联合国”里，培育出了爱情之花。实验结束几个月后，两批居民中分别有一对结成伉俪。这或许应了一句古话：患难见真情。
    
    另外，由于粮食歉收，生物圈２号的居民不得不控制饮食。结果第一批居民中的４名男性体重平均下降１８％，４名女性体重平均下降１０％，胆固醇的平均值由１９５下降到正常值１２５，使得这些平常为减肥而痛苦不已的人平添一份惊喜，真可谓无心插柳柳成荫。当时的一位居民、加利福尼亚大学洛杉矶分校的罗伊·沃尔福德教授甚至继续维持当时的食量，“因为那样有助于健康”。

                                 生物圈２号：一进门的地方  
    
    走出乌托邦
    
    痛定思痛，巴斯决心调整生物圈２号的定位。于是，他求助于哥伦比亚大学的科学家，看看用２亿美元打造出来的生物圈２号到底能做些什么。
    
    １９９６年１月，巴斯干脆把生物圈２号交给哥伦比亚大学打理，并投入４０００万美元作为今后５年的改造和运行费用。经过一番考虑，哥伦比亚大学计划把生物圈２号改造为一个致力于地球系统科学的研究中心，同时请来威廉·哈里斯担任新的负责人。哈里斯曾在美国国家科学基金会工作多年，是一位管理大型科研项目的高手。

    其实，建造生物圈２号的２亿美元并不像一些媒体所说的那样“全打了水漂”。就拿容量高达３７８万升的人造海洋来说，无疑是研究海洋科学的一个很好的平台。这大概也是哥伦比亚大学和哈里斯愿意接手烂摊子的原因之一。
    
    处于转型期的生物圈２号，首先迎来的是痛苦和迷惑。关于生物圈２号究竟可以派上什么用场，科学家们就出现了分歧，有人希望把生物圈２号打造成一个生物多样性的研究中心，有人则希望着力于全球变化效应研究。再加上技术方面存在的困难，转型计划一度受挫，士气因此大受影响，一些科学家先后离开了生物圈２号。

                                             内景
    
    有道是，峰回路转。两年后，人造海洋终于“溅起了一些水花”。发表在１９９８年２月１３日美国《科学》杂志上的一篇论文称，随着生物圈２号内温室气体二氧化碳含量的增加，人造海洋中珊瑚的生存受到了威胁。
    
    这样一篇论文，对外行来说或许没什么大不了的，对生物圈２号来说却大概算得上一个转折点。在全球变暖日益受到国际社会高度重视的今天，那篇论文清楚地表明：生物圈２号恰恰是研究全球变暖如何影响生态系统的一个理想平台。
    
    ２００１年４月，世界著名植物学家贝瑞·奥斯蒙德接替哈里斯领衔生物圈２号。生物圈２号研究中心的林光辉博士告诉本报记者，目前已有多项与全球气候变化有关的研究项目正在生物圈２号开展，吸引了不少世界一流的科学家。

                                 模拟的雨林或潮湿的生态环境
    新的梦想
    
    生物圈２号昔日失败的阴影正在逐渐消失，全新的形象也逐渐树立起来。
    
    据林光辉博士介绍，２００１年１２月，在生物圈２号召开了一次有世界各国科学家和美国能源部官员参加的学术会议。与会专家对生物圈２号过去５年的科学研究成果做出高度评价，也提出了未来的研究计划。
    
    如今，生物圈２号已成为哥伦比亚大学手中的一张王牌。“我们的目标是，将生物圈２号发展成对地球系统的科学、政策和管理事务进行教育、研究和交流的首选。”该校副校长迈克尔·克罗说。与当初那个受人嘲笑的目标相比，这个目标更为务实，但同样是野心勃勃。

                                      热带沙漠植物
    
    由于生物圈２号过去５年的表现得到了各方的认可，合同期满后，哥伦比亚大学又与巴斯续签了１０年。哥伦比亚大学董事会决定从２００１年到２００５年投入２０００万美元，巴斯也表示要追加３０００万美元。
    
    当初曾被人讥讽为不懂科学的巴斯，对科学研究可说是“仁至义尽”。在２００２年１月的《科学美国人》杂志上，哥伦比亚大学的格丽特·霍洛韦撰文称，到２０１０年，巴斯很可能最终以象征性的１００万美元，将生物圈２号及周围１００公顷土地卖给哥伦比亚大学。

                                生物圈2号（起居：书房）
    
    历经风雨的生物圈２号，它究竟会给人类的生活带来什么？新的梦想会实现吗？新的努力会再次遭受失败吗？或许，洛克菲勒大学乔尔·科恩和明尼苏达大学戴维·蒂尔曼的话能给我们以信心。
    
    这两位科学家认为，生物圈２号与哈勃望远镜有某些相似之处。耗资巨大的哈勃望远镜刚刚上天之时，由于所拍照片模糊不清而备受批评，但时至今日它已成为天文学研究不可或缺的重要工具。同样地，生物圈２号也有望在今后成为人类进一步认识地球的重要基地。

                                      热带沙漠植物
    
    在科学研究上，恐怕没有人能够保证，只要有投入就一定会有回报，古今中外都不乏数以亿计的投资有去无回的实例。问题在于，我们是否明白科研计划失败的真正原因，是否真正理解“失败是成功之母”。生物圈２号的今昔，为我们提供了一个极好的范本。