昨天看到网易新闻“探索”频道的一则报道 《美生物学家称蟑螂可将氮元素转化为肥料》 引起了我的注意。我被这个主题所吸引，并不是觉得这个观点非常新奇，而是觉得报道的立意过于肤浅，所讨论的内容过于贫乏，几乎没有什么探索价值。看来现在美国的有些同行也在做一些近乎庸俗的研究了。 下面先摘录报道中的一些文字进行分析。 “ 生物学家指出这个令人讨厌的蟑螂对我们行星的氮循环很重要，并且是很多其他生物的食物。” 这是可想而知的事儿，许多昆虫都是某个生态系统食物链中重要的环节，一些食腐昆虫在元素循环中扮演着重要的角色，这也没有什么奇怪的； “ 根据得克萨斯大学生物系教授Srini Kambhampati所说，没有蟑螂对氮循环的破坏十分严重。” 第一感觉，这话有点儿夸大其辞了：如果认为蟑螂对氮循环有一定的作用，那我也同意，但如果说“没有蟑螂对氮循环的破坏十分严重”那显然就需要数据来支持了。所以，这句话促使我去寻找Srini Kambhampati教授所发表的原文读读。 “ 多数蟑螂以腐烂的有机物为食，吸收大量的氮。蟑螂再将氮通过排泄物释放到土壤中，供植物生长使用。换句话说，消灭蟑螂会对森林的健康造成重大影响并间接影响到生活在那里的物种。” 显然，如果前一句话的观点是正确的，那么完全可以得出这样的结论。 “ 地球上的5000到10000个蟑螂种类同时也是很多鸟类和小型哺乳类动物如老鼠的食物。这些动物又依次是其他如猫科动物、郊狼、狼还有老鹰和其他食肉猛禽的食物。蟑螂数量的减少，对上述的物种都会造成级联的毁灭性的打击。” 作为食物网中的一个组分，真的有这么重要的作用吗？难道这些蟑螂捕食者是将蟑螂作为唯一的食物来源，并且其自身也是后一个营养级的唯一食物？在一个稳定的生态系统中，很少见到某一物种在食物联系中有如此重要且不可取代的作用，除非是严格的单链食物链（现实生态系统中几乎见不到这样的情况）。一般缺乏某一物种，会有相同功能群的其他物种来代替，并不会造成级联的毁灭性打击。这明显不符合我所理解的生态学知识，我觉得需要寻证一下。 根据报道后面的版权标注，来源为译言网。我很快找到了这个网站，还真找到了这篇文章，不看不打紧，一看更是让人瞠目结舌呀。原文的题目更雷人： Stop stamping on them: The hated cockroach is essential to our planet for converting nitrogen into fertiliser（勿踩它们：招人憎恶的蟑螂是我们星球中将氮元素转化为肥料的关键物种）, 作者：Damien Gayle。 在这个网站上，还有同期发表的与此相关的一篇报道： Cockroaches Good For Environment, Biologists Say （ 生物学家说蟑螂对环境有好处）。 那就找Srini Kambhampati教授发表的原始论文吧。这本来并不难，但我还是费了不少周折，原因是这位教授最近换了一个学校，所以论文发表地址（Kansas State University）与新闻报道中的地址（得克萨斯大学生物系）不一致，后来好不容易找到作者的CV，才解除了这个疑惑。 Sabree, Z., S. Kambhampati and N. Moran. 2009. Nitrogen recycling and nutritional provisioning by Blattabacterium, the American cockroach endosymbiont（美洲蟑螂内共生细菌蟑螂杆状体细菌驱动的氮循环和营养供应）. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 106:19521-19526. 原文下载 其实，这篇文章发表于2009年，不知道为何Damien Gayle却在2012年6月22日突然从故纸堆中翻出这篇文章，并写出了上述的科普报道。仅从Kambhampati所发表文章的题目来看，显然不是在谈蟑螂，而是在讨论某个细菌或者内共生体，但在科普报道中对这些内容却只字不提呢？ 让我们仔细来研究一下这篇文章摘要中的内容： 对于主要以植物材料为食的昆虫来说，它们特别关注氮元素的获取与同化。如果这些昆虫能维持氮的循环利用机制的话，这对这种限制性资源来说就是一个丰富的储备。与大多数陆生昆虫不同，蟑螂会在它们的脂肪体内排泄多余的氮而形成尿酸，当食物中的氮受到限制时可通过这些氮进行补充。大多蟑螂的脂肪体都是蟑螂杆状体细菌的生境（栖息地），这些垂向传播的革兰氏阴性细菌被认定参与了尿酸降解、氮同化和营养供应等过程。我们通过来自美洲蟑螂中的蟑螂杆状体细菌完整的基因组序列分析证实，蟑螂杆状体细菌是黄杆菌目（拟杆菌门）的一个属，会与之最近的已知亲缘种形成内共生体Sulcia muelleri，这种现象在许多以树液为食的昆虫中都有发现。通过代谢重建表明，它缺乏可辨认的尿酸分解酶，但是它可以从尿酸降解产物（尿素和氨氮）中循环利用氮,通过脲酶和谷氨酸脱氢酶产生谷氨酸盐。随后，蟑螂杆状体细菌可从一序列有限的代谢基质中产生所有必需氨基酸、各种维生素和其他所需的化合物。与蟑螂杆状体细菌形成的古结合体允许蟑螂能成功在贫氮食物中生存并利用氮废料，这种功能对蟑螂的生态分布区和全球分布至关重要。 只是在最后，看到了与报道相关的内容。此时我有点儿明白了，原来是这最后一句话让人浮想联翩，产生了臆想的“招人憎恶的蟑螂是我们星球中将氮元素转化为肥料的关键物种”这样的报道，甚至号召大家“勿踩它们”，实在是可笑、可恨、可气。不过，Srini Kambhampati教授在接受采访时所说的一些话是值得商榷的，的确是他的一些话让媒体记者制造出骇人听闻的标题（标题党）。 对于这个问题，我想顺便科普一下生物多样性及其保护方面的常识。 传统的生态学告诉我们，生物多样性是维系生态系统稳定性的重要物质基础，多样性高的系统，物种之间会形成复杂的联系，食物链和食物网也更复杂，当面对来自外界环境的干扰时，系统具备强大的反馈机制，从而可得到较大的缓冲。从能流途径来看，多样性高的系统，当某一条途径受到干扰被堵塞时，就会有其它的路线予以补充。但最近有研究者发表了一些反例，因此多样性与稳定性的关系目前并未盖棺定论。 显然，在一个生态系统中不同物种的作用是有差别的，其中有一些物种的作用是至关重要的，它们的存在与否会影响到整个生物群落的结构和功能，这样的物种即称为关键种。为了更好地认识生物多样性与生物群落结构和功能的关系，又提出一个功能群的概念。功能群是具有相似的结构或功能的物种的集合，这些物种对生物群落具有相似的作用，其成员相互取代后对生物群落过程具有较小的影响。一个功能群的物种数目没有明确的限制，可以是一个种，也可以是很多种。对于一个复杂的系统，最简单的划分法是将所有生物分为3个功能群，即生产者、消费者、分解者。 因此，在生物多样性保护中，没有必要（理解功能群概念）也没有可能对所有的生物施加保护措施，被保护的生物必须至少符合如下几个标准：稀有、受到威胁、具备重要生态作用和功能。 从这些标准来看，蟑螂明显不符合的：（1） 蟑螂既不稀有，也不独特，它们生态幅广，能在全球许多气候条件下生存，属于广布种。它们喜欢选择温暖、潮湿、食物丰富和多缝隙的场所栖居。但凡有人生活和居住的建筑物内，一般都具有这些条件；（2） 蟑螂生命力顽强，繁殖力强，是现存最原始的有翅昆虫之一(3.2亿年以来几乎不曾改变)，也是最古老的化石昆虫之一。其生存条件和状况难于受到人类的威胁；（3）这里所提及的 报道和论文，主要探讨的是蟑螂的生态作用和功能，但显然还无法看出其作用的重要程度如何，更不可能归为关键种，因为只要是食腐昆虫都具备类似的特征。而从另一个方面讲， 由 于蟑螂到处爬行，无所不吃，它们沾染和吞入了很多病原体，再加上它们边吃边拉的恶习，成为一些病原体的机械性传播者，因此这些蟑螂是害虫，在人居环境中应该灭除，我们完全没有必要对它们手下或脚下留情。 【后记】 本来，写作该文是想借题发挥，批评一些专栏记者为了博眼球，不惜做标题党，在对科学内容一知半解的情况，夸大其辞甚至曲解原始论文的意思，并在写作中过多加入自己的想法而脱离事实。有些科学家也不自重，在媒体记者的渲染下，也会说出许多不靠谱的话。但博文写着，写着，倒更像一篇科普了。暂且这样吧，以后有机会再谈前面的话题。 图片来自 http://www.dailymail.co.uk/
我们对地球的氮循环做了些什么? 研究人员说，现代氮循环是在大约27亿年之前出现的，当时是地球上刚刚出现微生物的时候，但人类的影响已经在上个世纪中急剧地改变了这些重要过程的演进。 如今，在一篇Review文章中，Donald Canfield及其同事对我们星球的从诞生一直到当代的氮循环进行了追踪。他们的分析将有助于披露人类对氮循环的变化究竟扮演了什么角色。 研究人员提出，人类的活动可能对自地球在数十亿年前第一次出现微生物以来的氮循环带来了最大的影响。他们说，在1960~2000年期间，世界各地所使用的氮肥增加了800%，而来自肥料的固定氮随后又令水中生物窒息并向大气中注入了大量的氧化亚氮，这是一种强力的温室气体。 尽管微生物可能在将来有助于氮循环平衡的某种恢复，但这些研究人员说，地球的氮循环已经因为人类的农业和工业活动而永久性地改变了。他们推荐了几种可在世界各地减少氮使用的新的可持续性的方法。 Science 8 October 2010: Vol. 330. no. 6001, pp. 192 - 196. DOI: 10.1126/science.1186120 Review The Evolution and Future of Earths Nitrogen Cycle Donald E. Canfield, 1 , * Alexander N. Glazer, 2 Paul G. Falkowski 3 Atmospheric reactions and slow geological processes controlled Earths earliest nitrogen cycle, and by ~2.7 billion years ago, a linked suite of microbial processes evolved to form the modern nitrogen cycle with robust natural feedbacks and controls. Over the past century, however, the development of new agricultural practices to satisfy a growing global demand for food has drastically disrupted the nitrogen cycle. This has led to extensive eutrophication of fresh waters and coastal zones as well as increased inventories of the potent greenhouse gas nitrous oxide (N 2 O). Microbial processes will ultimately restore balance to the nitrogen cycle, but the damage done by humans to the nitrogen economy of the planet will persist for decades, possibly centuries, if active intervention and careful management strategies are not initiated. 1 Institute of Biology and Nordic Center for Earth Evolution, University of Southern Denmark, Campusvej 55, Odense M, Denmark. 2 Department of Molecular and Cell Biology, University of California, Berkeley, CA 94720, USA. 3 Institute of Marine and Coastal Studies and Department of Earth and Planetary Sciences, Rutgers University, New Brunswick, NJ 08901, USA. * To whom correspondence should be addressed. E-mail: dec@biology.sdu.dk
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