地球上有多少物种

引言

几个世纪以来，人类始终在致力于发现和描述地球生物的多样性。科学家和博物学家已经对所有大陆和海洋物种进行了分类，从地壳深处到最高的山脉之巅，从最偏远的丛林到人口最密集的城市都包括在内。这些努力揭示了生命进化的形式和行为，同时也为理解共同的生命起源奠定了基础。时至今日，人类对生物总数还是没有明确的认识，大家都知道，每隔约十年我国都会进行人口普查，最近一次人口普查（2010年）统计结果显示我国总人口约为13.7 亿。搞清楚到底有多少人对于国家管理和进行各项政策的制定有重要的意义。同样的，搞清楚地球上到底有多少物种对人类利用生物资源也具有重大的意义，可惜的是别说具体数字，至今人类就连物种总数的数量级也一无所知！

最早的生物多样性预测是在19 世纪初，英国的昆虫学家Westwood 先是对本国植物上的昆虫数量进行了评估，进而扩展到全球，最后得出的结论是全球约有

40 万种昆虫。Westwood 的预计显然低估了昆虫的多样性，时至今日人类已经发现了超过100 万种昆虫，而且发现新昆虫的速度并没有降低。

1988年，牛津大学的进化生物学家Robert May根据观察得出一个经验性的描述：

陆地上的生物体型越小，生物多样性就越大。在此基础上他认为人类已经发现大多数体型较大的动物，比如哺乳动物、爬行动物、鸟类等，可以认为已知的大型动物数量较为可靠。在根据大型生物的多样性推测小个体动物的多样性后，Robert预计地球上大概有1000万到5000万的陆地动物。

2011 年Mora 对全球生物数量进行了预测，研究成果刊发在《PloS Biology》上依据他们新的预测模型，地球上总共有870 万物种，误差在正负130 万种。Mora 的预测模式受到了一名意大利科学家的启发，他认为“生物所在的组类就像金字塔层级一样，越上层，数量就越少，可以通过金字塔的上层物种数量来预计底层物种数量”。在此基础上，Mora 总结了自1750 年来新发现的动物，构建了一个分类金字塔来预测已知的组类生物物种总数，比如哺乳动物和鸟类，而预测结果与已知数目接近，这验证了该预测模型的准确性。然后Mora 使用该模型得出了地球物种总数约为870 万的结论。研究还根据已发现的物种推算出，陆地上约有86%，海洋中约有91%的物种还没有被人类发现并分类。该研究一经发表得到了业内人士的强烈关注，很多科学家对结果表示认可，但是更多的科学家仍然认为Mora 大大低估了地球的生

物多样性。昆虫学家Terry Erwin 指出Mora 等人不应该默认未被人类充分研究的生物组类和已知的那些遵循类似的规律，认为这项研究充其量是对人类已知范围的预测，而远远不能代表真正的生物多样性。 5 年后新的研究支持了Terry Erwin 的观点。

2011 年，美国夏威夷和加拿大生物学家评估报告称，预计地球上物种数量大约是870 万种，真实数据最低是740 万种，最高是1000 万种。2016 年，印第安纳大学研究人员指出，之前的评估数据明显低估，之前所有的调查报告都忽略了微生物，并且使用了不可靠的推测技术。据他们估计，地球上可能可有多达 1 万亿种物种。该研究基于缩放定律，预测连接两个变量的比例变化。研究人员发现，比例法则既能准确地预测动物和植物物种的数量，同样也适用于微生物，这给本次研究工作带来了极大帮助。印第安纳大学生物学博士后肯尼斯·洛西表示，在此之前，学者们一直不确定生物多样性和生物的数量能不能对上比例；而本次研究发现，两者之间的关系不仅简单明了，而且高度相关。他们所使用的数据采集了20,376 个细菌，古细菌和微观真菌的位点，以及14,862 个树木，鸟类和哺乳动物的位点。

来自美国印第安纳大学的Locey等人将来自全世界 3.5 万个地点的真细菌、古细菌和微小真菌的20376 项调查获得的数据汇集在一起，使用比例定律( scaling law)和一种生物多样性模型的混合分析方法对微生物总数进行了预估，结论是地球上的微生物物种总数约为100000000000~1000000000000 之间！如果这是真的，那么我们数千年来发现地球生物，只占地球上所有物种的十万分之一。直到最近，我们的星球被认为居住着近1000 万( 10 的7 次方)种物种。尽管这个数字已经十分惊人，但它们几乎都属于肉眼可见的物种。那么像细菌、古生菌、原生生物和真菌这样的微小物种呢？总的来说，这些微生物类群是地球上最丰富、分布最广、进化时间最长的生命形式。它们对全球生物多样性的贡献有多大？即使在最普通的栖息地，估算微生物的多样性也面临着一系列独特的挑战。100 多年以来，科学家们通过在培养皿中培养微生物物种，然后描述它们的细胞特性，以及它们的生理特性，如热耐受性、它们消耗的基质或它们产生的酶，来鉴定微生物种类。这类方法大大低估了多样性，不仅是因为培养绝大多数微生物很困难，还因为不相关的微生物物种可以表现出类似的特性，而且不太可能通过外表来区分。这个新的估计是根据大数据分析得来的，它表明生物多样性是以指数级别的方式增加的。在大型哺乳动物级别上的生物复杂性，其实数字并不大。但是如果降到微生物级别，比如像细菌这样，这一数字就呈爆炸式发

展了。

为了完成这一研究，科学家们使用了数万份现有的记录创建了一个超过560 万个物种的数据集（既有微生物也有非微生物），这些数据采集自全球35000 个地点，包括了除南极洲外的所有大陆和海洋。通过分析这一数据，他们发现之前的生物多样性估计中，对微生物严重欠采样，而人们近年来才更加深刻地认识到它们的数量。生物学家和经济学家们使用了他们所说的标度律。这源自于一个观点，就是说计算过的物种数量在你计算的区域内通常会增加。标度律一般也符合另外一个原则就是从一个非常小的区域到更大的区域时，比如从一平方英寸增加到一平方英尺，计数会更加快速地增加，因为个中栖息地的变化是更加缓慢的。但是定义这种标度律是非常难的事情，获得一个精确的计数则几乎不可能，因为新的物种不断出现，旧的物种又不断灭绝。但是印第安纳大学的研究者们却想办法使用了他们的超大数据集观察到了以生物多样性衡量物种丰度，也就是每种微生物的数量的趋势。生物学博士后Kenneth J. Locey 说：“在分析了巨量数据之后，我们发现了生物多样性在丰度等级变化中简单而有力的趋势。其中之一就是在生物学中最广泛存在在模式，在自然中一切丰度量级中都存在。”通过对这类关系的研究，他们估计“地球是一万亿个微生物物种的家园。”相比之下，只有不到一千万种微生物被识别，其中实验室大约培养过一万种，科学家仅仅分类过不到十万种，这个巨大的数字就显得尤为惊人。人类几乎不可能把剩下的超过九千九百九十亿种微生物一一归类，地球的生命多样性远超任何人的想象。

为什么地球物种数目测不准? 究其原因, 是因为物种定义的差异、系统分类方法的不同、分类学家的标准不同、不同类群研究深度的差异, 所以绝大部分种仍是未知, 加之物种的生境千差万别, 所以, 我们无法获得地球物种总数. 即使有一天人们能够对地球上所有生境中的所有生物类群进行深入分类学研究, 然而, 当研究不同类群、甚至研究相同类群的分类学家无法统一划分物种标准时, 学术界仍将不可能就地球物种总数达成共识. 然而, 这并不妨碍我们估计推测地球物种总数.对于种概念的讨论已经持续多年, 即使是在对生物遗传基础的分子机理已

有相当认识的今天, 对于物种的定义仍存在争议. 然而, 人们对地球物种总数的研究、对不同生物类群物种数目的研究一直热情不减.多大的差异足以区别物种?

这将是一个没有答案的问题. 除非一个分类学家或者他的团队用同一方法在相对短的时间内（如一代人的时间内）研究了地球上所有生物. 显然, 这是不可能的. 一是一