「生物圈二號」失敗的啟示

生物圈是指地球上所有生態系統的統合整體，它包括大氣圈、水圈、岩石圈與生態圈。生物圈是一個封閉且能自我調控的系統，地球目前是整個宇宙中唯一已知的有生物生存的地方。未來，人類移民外星球，就必須適應新的生物圈。

1982年，一些科學家開始提出在地球上建立一個封閉的小型生物圈的計劃，這個小型生物圈可以作為火星殖民的實驗基地、核大戰後的庇護所，也可以用作居住型實驗室，對整個生態系統進行各項研究。人們把這個迷你型生物圈稱為「生物圈二號」，其名字源於它的原始模型「生物圈一號」，即地球。

被寄予厚望的人造生態系統

「生物圈二號」位於美國亞利桑那州沃洛克鎮，這裡光照強烈，生態環境相對荒涼，有些類似於太空的環境。它建造於1987年到1991年之間，佔地面積約1.3萬平方米，建築最高點可達到27.7米，主體建築包含5個生態系統：沿海沙漠、熱帶雨林、稀樹草原、紅樹林濕地和珊瑚礁海洋；還有兩座圓頂輔助建築，那便是生物圈的「肺部」，其屋頂通過上升和下降，來調節由於晝夜溫度交替造成的內外氣壓差。此外，還有一個地下技術圈，主要是用於運行和維護生物圈環境。有20多個空氣處理器單元，用於調控生物圈中空氣的溫度和濕度。

生物圈二號的工程建造經費約2億美元，運轉費用每年約600萬美元。她運轉的原理是模擬目前生態學家發現的地球生態系統中能量流動和物質循環的原理，被用於測試人類是否能在以及如何在一個封閉的生物圈中生活和工作，也探索了在未來的太空殖民中封閉生態系統可能的用途。當時一篇文章稱它為「繼肯尼迪總統啟動登月計劃後美國最激動人心的科學工程」，參與生物圈二號計劃的人，和宇航員一樣被視作英雄。

生物圈二號建設之時，招募進入其中的志願者的工作也在同步進行，報名者趨之若鶩，但對體能、心理等素質的「苛刻」要求使眾多來試者望而卻步。志願者要在一個模擬的小圈內單獨測試忍耐力。該小圈是個僅能放下一張小床外帶小得可憐活動空間(其中植物佔了大半)的玻璃小屋，有的實驗者僅呆了四五個小時就嚷著要出去，而有的住了幾天，最久的連續住了三個月。

經過嚴格的篩選，由四男四女組成的科學家隊伍形成了，內有海洋學家、植物學家、氣象學家、機械工程專家及醫學專家等。生物圈二號建成之後，1991年9月，8名人員進入其中，開始為期兩年、與世隔絕的生活。全世界都熱切關注著、期待著他們創造出輝煌的成果。

難以解決的問題

然而，儘管這些居民事先花去幾年時間接受了相關培訓，擁有每年耗資百萬美元的技術支持，各種各樣的問題仍然接踵而至。比如技術問題、人與社會問題、生物問題、管理問題等，這些問題最終也導致了此次任務的失敗。

1、技術問題

志願者進入生物圈二號不久，圈內含氧量開始下降，並最終低於14.5%，而正常水平為21%。含氧量低會導致疲勞，並威脅到圈內居民的健康，這相當於高原反應。而一氧化二氮和二氧化碳的含量卻在增加。所以這個設備很快就難以運作。為了解決這些問題，科學家們決定向設備註入氧氣，並且每天打開「肺部」以允許來自外部環境的空氣流入。缺氧的主要原因似乎是因為氧氣被生物圈二號的一些混凝土結構吸收了，隨後科學家們又通過密封混凝土來克服這個問題。然而，氧氣降低或者二氧化碳增加還有一個可能的原因是生物圈內土壤中的微生物過多，它們會將氧氣轉化為二氧化碳。

此外，還有一個問題沒有被預見到——厄爾尼諾現象。1991-1992年期間，厄爾尼諾現象使生物圈二號所處之地異常多雲。雲層覆蓋可能限制了植物內部的光合作用，從而致使圈內二氧化碳含量大大高於正常水平。

除此之外，還存在空氣泄露。有人指出，這種泄露是不可避免的。但是這引起一些人的質疑，密閉的環境是整個項目實施的基礎。如果存在空氣泄露或者利用外界的地球環境來交換空氣，那這個實驗還有效嗎？還有意義嗎？

2、人與社會問題

進入生物圈二號不久，8位居民很快發現他們無法生產足夠的食物來養活自己。他們帶來了各種用來種植的種子，比如花生、玉米、蔬菜等。然而他們卻遇到了各種各樣的問題，比如蟲害、植物病害，畢竟他們不是專業的種植人員。隨著食物危機的加深，他們不得不吃掉一些帶來的種子。雞、豬等家禽也因為面臨與居民競爭食物而被吃掉。如此一來，便形成惡性循環，自給自足的幻想破滅。在最初的6個月，他們一直處於飢餓狀態，平均體重下降16％。

人際關係問題也是不可避免的。根據參與者之一簡·波因特後來發表的文章稱，8個人在居住6個月後便分成兩派。雖然兩個小組一起工作，但是卻無法相處。這也導致他們難以齊心協力來解決所面臨的問題。

3、生物問題

生物圈二號內的生態系統是由生物圈一號(地球生物圈)過分簡化而來的。雖然設計者們把地球上各種類型的生態系統「搬進」了「生物圈」，然而所搬進的主要是生態系統的第一性生產者植被，並未把相應的動物、真菌、微生物等群落也按比例搬來。如熱帶雨林中沒有大型動物，倒是引進土壤時帶來了螞蟻及蟑螂的卵，這些生物在此大量繁殖。還有，幾個主要類型的生態系統尤其是熱帶雨林植物在很高的二氧化碳濃度下生長的非常繁茂, 表現出異常高的光合能力。由於缺乏相應的消費者和分解者而迅速積累，大量的枯落物面臨清理問題。過度生長的熱帶雨林喬木觸及了頂部玻璃，大有穿破玻璃之虞。引進藤本植物(如牽牛等)的目的是為了用做固定二氧化碳的匯，卻不料這些植物在高二氧化碳濃度環境下瘋長，危及其它植物與農田。所有花粉傳播動物消失，使一些有賴於此的有花植物不能正常授粉。同時引入的25種脊椎動物中有19種消失。

4、管理問題

也許生物圈二號最嚴重的問題之一是缺乏高水平的科學管理。在這次任務即將結束時，一個專家團隊專門做了一個分析報告。該報告指出該項目的幾點不足之處，比如缺乏一個完善的書面的科學計劃、缺少科學信息交流和互動等。該報告建議任命一名科學研究主任監督項目的進展，並確保管理人員公開討論他們的任務進展情況。

生物圈二號的成敗得失

1993年9月，這8名居民終於從生物圈二號中走出來了，這也許對他們來說是一種解脫，畢竟「與世隔絕」的生活可能沒那麼美好。

1994年3月，經過短期修整之後，生物圈二號又迎來了第二批居民，共7人。但是在第二次任務期間，由於生物圈內一氧化二氮（N?O，俗稱笑氣，有麻醉作用）積累過多以及項目管理問題，任務不到一年便匆忙結束了。實驗再度以失敗告終。從此，再也沒有人在「迷你地球」上過日子了。

1994年6月，生物圈二號的管理公司解散，其管理工作先後被移交給哥倫比亞大學和亞利桑那大學，用於科學項目研究。

從最初的媒體寵兒到後來被批「偽科學」，生物圈二號彷彿經歷了天堂到地獄的兩重天。科學輿論界對生物圈二號的批評主要有：作為一個生態系統，它和外界真正的生態系統不能同日而語，如土壤是非自然的；野生動植物數量遠遠減少，尤其只剩下螞蟻和蟑螂等幾種動物。此外，這個迷你生物圈的封閉也是不完全的，電力、信息、藥品等要從外界輸入，作為一個超大溫室又太暗了，維持費用太高。

而支持者則說，它是成功的，是我們太空探索的一項偉大實驗。在嚴格的科學評估中，生物圈二號也許是失敗的，但它給了我們很多啟示。比如，生物圈二號實驗中發現的內部幾大重要生命元素如碳、氮、氧循環的不平衡，為以後的太空城探險提供非常難得的資料；它證實了人類能夠通過高科技的手段在任意惡劣的環境下創造出適於生命生存的空間；它也揭示了生物種群之間的競爭、互利、協調發展等關係是人工所難以改變的。

生物圈二號可作為地球的一個縮影來思考。地球面臨的環境污染、全球氣候變化、生物多樣性喪失等問題，其後果可在生物圈二號的實驗中看到或體驗到。像生物圈二號這樣類似地球工作原理的人工生態系統內部生物面臨的問題，同樣可能會是我們地球人類所要面對的。

今天，生物圈二號已經是一個旅遊景點，供遊人參觀。如果你有機會去美國的話，說不定還能親眼看看這個全球最大的生態實驗室。

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