2011年12月26日 星期一

複製科技應用 : 保持生物多樣性

生物多樣性概述

生物多樣性是指一定範圍內多種多樣活的有機體(動物、植物、微生物) 有規律地結合所構成穩定的生態綜合體。 這種多樣包括動物、植物、微生物的物種多樣性,物種的遺傳與變異的多樣性及生態系統的多樣性。

遺傳多樣性(Genetic diversity)
遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分。廣義的遺傳多樣性是指地球上生物所攜帶的各種遺傳信息的總和。這些遺傳信息儲存在生物個體的基因之中。因此,遺傳多樣性也就是生物的遺傳基因的多樣性。任何一個物種或一個生物個體都保存著大量的遺傳基因,因此,可被看作是一個基因庫(Gene pool)。一個物種所包含的基因越豐富,它對環境的適應能力越強。基因的多樣性是生命進化和物種分化的基礎。
狹義的遺傳多樣性主要是指生物種內基因的變化,包括種內顯著不同的種群之間以及同一種群內的遺傳變異(世界資源研究所,1992)。此外,遺傳多樣性可以表現在多個層次上,如分子、細胞、個體等。在自然界中,對於絕大多數有性生殖的物種而言,種群內的個體之間往往沒有完全一致的基因型,而種群就是由這些具有不同遺傳結構的多個個體組成的。
在生物的長期演化過程中,遺傳物質的改變(或突變)是產生遺傳多樣性的根本原因。遺傳物質的突變主要有兩種類型,即染色體數目和結構的變化以及基因位點內部核苷酸的變化。前者稱為染色體的畸變,後者稱為基因突變(或點突變)。此外,基因重組也可以導致生物產生遺傳變異。

物種多樣性(Species richness)
這是生物多樣性的核心。物種(species)是生物分類的基本單位。對於什麼是物種一直是分類學家和系統進化學家所討論的問題。邁爾(1953)認為:物種是能夠(或可能)相互配育的、擁有自然種群的類群,這些類群與其他類群存在著生殖隔離。我國學者陳世驤(1978)所下的定義為:物種是繁殖單元,由又連續又間斷的居群組成;物種是進化的單元,是生物系統線上的基本環節,是分類的基本單元。在分類學上,確定一個物種必須同時考慮形態的、地理的、遺傳學的特徵。
作為一個物種必須同時具備如下條件:
①具有相對穩定的而一致的形態學特徵,以便與其他物種相區別;
②以種群的形式生活在一定的空間內,佔據著一定的地理分佈區,並在該區域內生存和繁衍後代;
③每個物種具有特定的遺傳基因庫,同種的不同個體之間可以互相配對和繁殖後代,不同種的個體之間存在著生殖隔離,不能配育或即使雜交也不同產生有繁殖能力的後代。
物種多樣性是指地球上動物、植物、微生物等生物種類的豐富程度。物種多樣性包括兩個方面,其一是指一定區域內的物種豐富程度,可稱為區域物種多樣性;其二是指生態學方面的物種分佈的均勻程度,可稱為生態多樣性或群落物種多樣性(蔣志剛等,1997)。物種多樣性是衡量一定地區生物資源豐富程度的一個客觀指標。
在闡述一個國家或地區生物多樣性豐富程度時,最常用的指標是區域物種多樣性。
區域物種多樣性的測量有以下三個指標:
①物種總數,即特定區域內所擁有的特定類群的物種數目 ;
②物種密度,指單位面積內的特定類群的物種數目;
③特有種比例,指在一定區域內某個特定類群特有種占該地區物種總數的比例。

生態系統多樣性(Ecosystem diversity)
生態系統是各種生物與其周圍環境所構成的自然綜合體。所有的物種都是生態系統的組成部分。在生態系統之中,不僅各個物種之間相互依賴,彼此制約,而且生物與其周圍的各種環境因數也是相互作用的。
從結構上看,生態系統主要由生產者、消費者、分解者所構成。生態系統的功能是對地球上的各種化學元素進行迴圈和維持能量在各組分之間的正常流動。生態系統的多樣性主要是指地球上生態系統組成、功能的多樣性以及各種生態過程的多樣性,包括生境的多樣性、生物群落和生態過程的多樣化等多個方面。其中,生境的多樣性是生態系統多樣性形成的基礎,生物群落的多樣化可以反映生態系統類型的多樣性。

景觀多樣性(Landscape diversity)
近年來,有些學者還提出了景觀多樣性(landscape diversity),作為生物多樣性的第四個層次。景觀是一種大尺度的空間,是由一些相互作用的景觀要素組成的具有高度空間異質性的區域。景觀要素是組成景觀的基本單元,相當於一個生態系統。景觀多樣性是指由不同類型的景觀要素或生態系統構成的景觀在空間結構、功能機制和時間動態方面的多樣化程度。
遺傳傳多樣性是物種多樣性和生態系統多樣性的基礎,或者說遺傳多樣性是生物多樣性的內在形式。物種多樣性是是構成生態系統多樣性的基本單元。因此,生態系統多樣性離不開物種的多樣性,也離不開不同物種所具有的遺傳多樣性。

生物多樣性的價值

生物資源也就是生物多樣性,有的生物已被人們作為資源所利用,另有更多生物,人們尚未知其利用價值是一種潛在的生物資源。生物多樣性的價值往往不被人們所重視,一般人們利用生物資源時,沒有經過市場流通而直接被消費,只是取而用之而已。生物多樣性具有很高的開發利用價值,在世界各國的經濟活動中,生物多樣性的開發與利用均佔有十分重要的地位。
生物多樣性的價值主要體現在以下幾個方面:
(1)直接價值:也叫使用價值或商品價值。是人們直接收穫和使用生物資源所形成的價值。包括消費使用價值和生產使用價值兩個方面。
消費使用價值:指不經過市場流通而直接消費的一些自然產品的價值。生物資源對於居住在出產這些生物資源地區的人們來說是十分重要的。人們從自然界中獲得薪柴、蔬菜、水果、肉類、毛皮、醫藥、建築材料等生活必需品。尤其在一些經濟不發達地區,利用生物資源是人們維持生計的主要方式。
生產使用價值:指商業上收穫時,用於市場上進行流通和銷售的產品的價值。(生物資源的產品一經開發,往往會具有比其自身高出許多的價值,常見的生物資源產品包括:木材、魚類、動物的毛皮、麝香、鹿茸、藥用動植物、蜂蜜、橡膠、樹脂、水果、染料等。)
木材是一些發展中國家的重要出口產品, 全世界每年的木材產值在750億美元以上。在印尼,木材是第二大出口產品,地位僅次於石油。從1981-1983年,亞洲,非洲和南美洲出口的木材產品的價值為平均每年81億美元。
(2)間接價值:生物資源的間接價值是與生態系統功能有關,它並不表現在國家的核算體制上,但它們的價值可能大大超過直接價值。而且直接價值常常源於間接價值,因為收穫的動植物物種必須有它們的生存環境,它們是生態系統的組成成分。沒有消費和生產使用價值的物種可能在生態系統中起著重要作用,並供養那些有使用和消費價值的物種(陳靈芝,1994)。生物多樣性的間接價值包括非消費性使用價值、選擇價值、存在價值和科學價值四種價值。


保護生物多樣性的重要意義

生物多樣性是人類社會賴以生存和發展的基礎。我們的衣、食、住、行及物質文化生活的許多方面都與生物多樣性的維持密切相關。
(1) 首先,生物多樣性為我們提供了食物、纖維、木材、藥材和多種工業原料。我們的食物全部來源於自然界,維持生物多樣性,我們的食物品種會不斷豐富。人民的生活品質會不斷提高,從溫飽型向小康型轉變。
(2) 生物多樣性還在保持土壤肥力、保證水質以及調節氣候等方面發揮了重要作用。黃河流域曾是我們中華民族的搖籃,在幾千年以前,那裡還是一片十分富饒的土地。樹木林立,百花芬芳,各種野生動物四處出沒。但由於長期的戰爭及人類過度地開發利用,這裡已變成生物多樣性十分貧乏的地區,到處是黃土荒坡,遇到颳風的天氣便是飛沙走石,沙漠化現象十分嚴重。近年來由於人工植樹,大搞"三北防護林"工程,生物多樣性得到了一定程度的恢復,沙漠化進程得到了抑制,森林覆蓋率逐年上升,環境不斷得到改善。
(3) 生物多樣性在大氣層成分、地球表面溫度、地表沉積層氧化還原電位以及PH值等方面的調控方面發揮著重要作用。例如,現在地球大氣層中的氧氣含量為21%,供給我們自由呼吸,這主要應歸功於植物的光合作用。在地球早期的歷史中,大氣中氧氣的含量要低很多。據科學家估計,假如斷絕了植物的光合作用,那麼大氣層中的氧氣,將會由於氧化反應在數千年內消耗殆盡。
(4) 生物多樣性的維持,將有益於一些珍稀瀕危物種的保存。我們都知道,任何一個物種一旦滅絕,便永遠不可能再生。今天仍生存在我們地球上的物種,尤其是那些處於滅絕邊緣的瀕危物種,一旦消失了,那麼人類將永遠喪失這些寶貴的生物資源。而保護生物多樣性,特別是保護瀕危物種,對於人類後代,對科學事業都具有重大的戰略意義。

生物多樣性與複製技術之關系

生物學家很注重生物多樣性(biodiversity)。演化生物學告之基因多樣性有助預防疾病。有論調以為複製技術限制生物多樣性,這不大現實。反之,複製可解救瀕臨絕種的物種。
史提芬.史匹堡執導的電影《侏羅紀公園》正是講述,透過從封在琥珀化石的蚊子抽取恐龍的脫氧核糖核酸(DNA),令已絕種的恐龍再現人世。當然,這只是上世紀的虛構故事。現時,複製絕種物種的最大障礙是很難獲得近乎完美的 DNA。
另一問題則屬於道德問題,應不應複製有危險性的絕種物種?這問題表面上看來很簡單,有危險不複製就是了。但我們深入點想想,假如有一種危險性的物種瀕臨絕種,我們應不應施予援手?或現實一點,當我們見到一個人生命受威脅,我們立刻救援,還是要想想那人是否壞蛋?該不該救?這些問題值得大家想想。
克隆技術是否能挽救瀕危動物?這個問題一經提出即引起廣泛的爭論。動物滅絕的原因可以歸結為種群繁殖速度降低或種群死亡速率增高而使種群處於難以逆轉的萎縮狀態。就目前野生動物保護現狀而言,如不通過人工繁殖方法,許多動物根本無法維持其種群數量。克隆技術的成熟應用可以起到增加種群數量的目的,但大量具有相同遺傳基因個體的產生是否會破壞生物多樣性呢?
對於瀕危物種而言,保護其遺傳多樣性、避免其滅絕是保護生物多樣性的前提,對於一個即將滅絕的物種,討論其物種多樣性或生態系統多樣性是毫無意義的。通過動物克隆增加瀕危動物個體的數量,對於避免該物種的滅絕具有重要意義,尤其是對於僅剩下一個或幾個個體的物種,克隆的意義就更為重要。但由於瀕危物種的個體數量少,很難保證實驗的需要,幾乎不可能提供用於克隆實驗的個體。因此,科學家就提出利用異種克隆來解決這個問題。異種克隆的難度雖然很大,但已有成功的例子,相信它對挽救瀕危物種將起到重要的作用。

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