金文馳

人們常常把沙漠與不毛之地聯(lián)系起來，然而位于美國西南部和墨西哥北部的索諾拉沙漠卻是2000多種植物的家園，這里擁有全球沙漠中最高的植物多樣性。

約60種哺乳動物、350種鳥類、100多種爬行動物、20種兩棲動物和30種魚類也以此為家。這一生物多樣性高地被世界自然基金會認(rèn)定為全球200個重要生態(tài)區(qū)之一。

索諾拉沙漠總面積約33.1萬平方千米，覆蓋了美國西南部和墨西哥北部。人們似乎總愛把沙漠和黃沙漫漫、寸草不生的不毛之地聯(lián)系起來，不過索諾拉沙漠卻是2000多種植物的家園，全球體型最高大的仙人掌科植物巨人柱便是這一沙漠的特有種。索諾拉沙漠擁有全球沙漠中最高的植物多樣性，約60種哺乳動物、350種鳥類、100多種爬行動物、20種兩棲動物和30種魚類也以這里為家。這一生物多樣性高地也被世界自然基金會認(rèn)定為全球200個重要生態(tài)區(qū)（Global 200）之一。

在美國西南的亞利桑那州南部，自然、建筑和科學(xué)等都在索諾拉沙漠中綻放出異彩。這里有全球密度最大的巨人柱群落之一，有美國最精美的西班牙殖民時期建筑——被譽(yù)為“沙漠白鴿”的圣澤維爾北團(tuán)大教堂。高中生物教科書中科幻色彩極濃的生物圈2號也坐落于此，人類在這里邁出了嘗試在模擬太空封閉環(huán)境中生存的第一步。

巨人柱：美國西南部的象征

隆冬時節(jié)，我與友人來到亞利桑那州南部的圖森，迎接我們的是一派明媚的春光。圖森的年平均氣溫高達(dá)21.6℃，幾近中國廣州的水平，而年平均降水量僅有303毫米，不及蘭州，此地氣候的干熱程度可見一斑。巨人柱國家公園（Saguaro National Park）由位于圖森東郊的林孔山區(qū)和西郊的圖森山區(qū)構(gòu)成，兩區(qū)相距約50千米，公園總面積370平方千米，共有約160萬株巨人柱。

圖森山區(qū)擁有全球密度最大的巨人柱種群之一，公路在圖森山山腳的緩坡上延伸，我們被巨人柱的陣列包圍了。它們中的大多數(shù)高9米左右，少數(shù)能達(dá)15米以上，我站在一棵高度并不起眼的巨人柱跟前，才發(fā)現(xiàn)還不及它的腰高。它們直指蒼穹，鶴立雞群般屹立在低矮的沙漠植被之上，盡顯王者風(fēng)范。放眼遠(yuǎn)望，看似單調(diào)的巨人柱竟構(gòu)成了一片森林，一根根莖干挨挨擠擠，如沙漠中的綠浪奔來眼底。這是巨人柱的海洋，這是巨人柱的王國。巨人柱莖干直徑在30-75厘米間，其上除密布灰色尖刺外，還有多條突起的縱楞。許多巨人柱的主莖上生有多條“手臂”，讓它們有了幾分人的形象，這一讓人一見難忘的外形早已讓它成為美國西南部的象征。

巨人柱壽命可長達(dá)200歲，但長到40-75歲時才會開花結(jié)果，并長出第一條“手臂”。每年的四五月份，巨人柱的莖頂便會密集綻放出眾多（可達(dá)50朵以上）白色花朵，上百枚淺黃色雄蕊綴滿花粉，等待著傳粉者。每朵花的直徑在8厘米左右，飄散出成熟的蜜瓜香味，這也是亞利桑那州的州花。當(dāng)果實(shí)成熟后，果皮開裂，露出朱紅色的果肉，其中嵌著許多細(xì)小的種子，色彩和質(zhì)地與同屬仙人掌科的紅心火龍果相仿。

巨人柱隸屬于仙人掌科巨人柱屬，屬名Carnegiea是從了美國“鋼鐵大王”卡內(nèi)基的姓氏。巨人柱屬僅含巨人柱一種，這樣的屬被稱為“單種屬”，往往具有獨(dú)特的分類學(xué)地位，但巨人柱屬的確立并沒有太多科學(xué)依據(jù)，拍馬屁的成分更多。20世紀(jì)20年代，得知卡內(nèi)基將要訪問位于圖森的沙漠實(shí)驗(yàn)室（Desert Laboratory，為卡內(nèi)基大力資助以研究植物如何適應(yīng)干熱環(huán)境的研究機(jī)構(gòu)）后，紐約的兩位植物學(xué)家便以卡內(nèi)基的姓新建了巨人柱屬，希望能以此為沙漠實(shí)驗(yàn)室贏得更多捐款?？▋?nèi)基知道事情真相后，很是氣憤，但這一因拍馬屁而生的屬名還是沿用至今。

別看巨人柱虎背熊腰，其實(shí)也有脆弱的一面。它們生長緩慢，種子萌發(fā)8年后，幼苗的高度僅2厘米左右，一頭牛便能在不經(jīng)意間讓它們粉身碎骨。此外，巨人柱對低溫很敏感，零下低溫如果持續(xù)時間稍長，也會置它們于死地。因此巨人柱都分布在海拔1400米以下、零下低溫持續(xù)時間不超過36小時的區(qū)域內(nèi)。

巨人柱種子萌發(fā)后兩個月，莖干直徑僅3-5毫米，僅約1%的幼苗能挺過生命中的頭一年。烈日、干旱、高溫和冬季的霜凍對幼苗的生存都是極大的威脅，因此它們選擇了“大樹底下好乘涼”的生存策略。沙漠和有刺灌叢中少有喬木，高度可達(dá)10米的多花扁軸木和不及1米高的沙漠豚草便成了巨人柱幼苗最喜愛的“保姆植物”，約九成的幼苗都生長在它們的陰影中。“保姆植物”的好處是顯而易見的，一方面它們遮擋了烈日的炙烤，炎夏時節(jié)的土壤溫度在陽光下可達(dá)60℃，而在多花扁軸木的樹蔭下僅有40℃；另一方面它們在冬季有利于減輕霜凍對巨人柱幼苗的傷害。天下沒有免費(fèi)的午餐，“保姆植物”的庇護(hù)也是有代價的。研究表明，由于沙漠豚草的遮擋，巨人柱幼苗用以光合作用的有效太陽輻射減少了77%。此外，巨人柱幼苗和“保姆植物”可能還要對水分展開爭奪。在嚴(yán)酷的生存環(huán)境中，巨人柱幼苗“明智”地為生存作出了妥協(xié)。

幼年的巨人柱需要其他植物的庇護(hù)，當(dāng)它們成年后便能為許多動物提供居所。白翅哀鴿、紅尾鵟和黑頭美洲鷲等鳥類在巨人柱的“手臂”基部用枝椏建巢產(chǎn)卵育幼。仰賴巨人柱渾身利刺、主莖通直，這些鳥兒不用擔(dān)心響尾蛇等天敵的偷襲。只要稍加留意，便能發(fā)現(xiàn)不少巨人柱中部以上分布著直徑約5厘米的洞，它們可不是巨人柱病變留下的疤痕，而是吉拉啄木鳥和黃撲翅鴷這兩種啄木鳥啄出的洞狀巢穴。兩種啄木鳥中，吉拉啄木鳥體型較小，通常在巨人柱中部啄洞（此處木肋間距較大）；黃撲翅鴷體型大，體長近30厘米，能啄穿木肋，因此常在木肋較密的巨人柱上部啄洞。兩種啄木鳥用過的洞狀巢穴也不會空置，它們往往會被全球體重最輕的鴟鸮科鳥類嬌鵂鹠（體重約40克）等

利用。

四五月間，巨人柱的莖頂擠滿了白色花朵?；ǘ湓谕砩祥_放，24小時內(nèi)便會凋謝。動物分成白班和夜班兩撥，紛紛趕來享用這花蜜盛宴，同時在不知不覺間幫巨人柱完成傳粉任務(wù)。上白班的主要是蜂類和包括白翅哀鴿在內(nèi)的鳥類；上夜班的主力則是蛾類和小長鼻蝠。到六月底七月初，正是一年中最干熱的時節(jié)，巨人柱的果實(shí)如救星般成熟了，每枚果實(shí)平均含水19.4克、干物質(zhì)6.6克，是眾多動物的重要口糧。當(dāng)果實(shí)還未掉落時，白翅哀鴿等鳥類便搶占先機(jī)在莖頂饕餮起來。在一項于6月開展的為期10天的調(diào)查中，巨人柱果實(shí)占了13種鳥類食物的40%-70%。當(dāng)果實(shí)掉落地面后，前來享用的動物就更多了，各類昆蟲、爬行動物、嚙齒動物、偶蹄動物甚至食肉目動物都難擋這水分和熱量的雙重誘惑。巨人柱死亡后，依舊能發(fā)揮重要的生態(tài)作用。其腐敗組織往往會被蠅類和鞘翅目昆蟲等蛀食，一些蜥蜴則以這些昆蟲為食。

原住民保留地的“沙漠白鴿”

從圖森市中心驅(qū)車南行，約一刻鐘光景我們便進(jìn)入圣澤維爾原住民保留地，居住于此的是托霍弄奧奧德漢（Tohono O'odham）人。這一帶地勢平坦開闊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地就看到圣澤維爾北團(tuán)大教堂（Mission San Xavier del Bac）白色的身影。來到大教堂前的廣場上，了無纖云的天空藍(lán)得發(fā)紫，將大教堂正立面的兩座八角形白色鐘樓映襯得分外醒目，難怪這座教堂還有“沙漠白鴿”的美譽(yù)。兩座鐘樓間是大教堂的正門和赭石色立面，可以看出這是一棟巴洛克風(fēng)格的建筑。

圣澤維爾北團(tuán)大教堂是一座天主教教堂，它的歷史可以一直追溯到17世紀(jì)末。那時美國尚未立國，包括亞利桑那州在內(nèi)的美國西南部還是西班牙帝國“新西班牙”殖民地的一部分。伴隨殖民勢力在新西班牙擴(kuò)張的，便是天主教這一非本土宗教。神父尤西比奧·基諾（Eusebio Kino）于1692年在此設(shè)立教堂，一來是設(shè)立西班牙人據(jù)點(diǎn)，二來可以“教化”此地的原住民。

我們現(xiàn)在所見的圣澤維爾北團(tuán)大教堂始建于1783年，它可能是在此修建的第三或第四座教堂。雖然這座大教堂的結(jié)構(gòu)和裝飾幾乎全為歐式風(fēng)格，但勞力全是托霍弄奧奧德漢人，原材料也是就地取材：墻體用燒制后的泥磚砌成，大門則是用本土沙漠植物豆科牧豆樹屬的木材雕成。1797年，大教堂落成。經(jīng)過11年的獨(dú)立戰(zhàn)爭后，1821年墨西哥從新西班牙獨(dú)立，成為共和國，大教堂也隨之從西班牙轉(zhuǎn)入墨西哥名下。而在1846-1848年的美墨戰(zhàn)爭中，墨西哥戰(zhàn)敗，割讓約230萬平方千米的土地（大教堂所在的亞利桑那州也包括在內(nèi)）給美國。雖然幾度“易手”，但大教堂依舊巍然屹立，如今的它是亞利桑那州現(xiàn)存最古老的歐式

建筑。

如果從空中俯瞰，可以看出大教堂的平面為十字架形。在這一十字架“橫”“豎”交接處，聳立著一個高大的穹頂，3個較小的穹頂則依偎在它的周圍。雖然大教堂外觀總體較為簡潔，但走入內(nèi)部，則是另外一番景象。祭壇的左右和后方各有一小室，它們被神像、壁畫、木雕、石膏裝飾等裝點(diǎn)得繁復(fù)而絢爛。其中最令人驚嘆的要算祭壇后方的小室，從地面到穹頂，這一小室的后墻可謂金碧輝煌，明顯被分為上下兩部分，上部正中的神龕中供奉的是圣母瑪利亞的雕塑，下部正中則是圣澤維爾的雕塑。只見圣澤維爾頭戴黑冠帽，上身著白袍，下身全黑，右手持十字架。這一雕塑可能購于1763年，那時這座大教堂還沒有開建。值得一提的是，和大教堂同時代修建的“新西班牙”教堂中，裝飾元素或多或少都借用了原住民的文化元素，但圣澤維爾北團(tuán)大教堂中幾乎沒有此類元素。

在美國的西班牙殖民時期建筑中，這座大教堂是最精美的一座，也是美國“國家歷史地標(biāo)”，大致相當(dāng)于我國的重點(diǎn)文物保護(hù)單位。尤為難得的是，在經(jīng)歷兩個多世紀(jì)的風(fēng)雨、地震和時局動蕩后，如今的大教堂依舊是托霍弄奧奧德漢人的社區(qū)教堂。大教堂堪稱一部頗接地氣的史書，雖然建筑本身不大，但它折射出美洲、西班牙、墨西哥和美國的眾多重要?dú)v史事件和歐洲文化對美洲的深遠(yuǎn)影響。

地球生態(tài)系統(tǒng)是“生物圈1號”，它是生物圈2號

從圖森市驅(qū)車北行，半小時后便來到一列山脈的腳下，壯觀而頗具科幻感的生物圈2號（Biosphere 2）便矗立于此。這一龐大的建筑群自1987年動工，歷時4年完工。6600扇雙層玻璃窗將1.27公頃的土地罩了起來，容積超過20萬立方米，建筑最高點(diǎn)高達(dá)27.7米。整個生物圈2號被設(shè)計成一個物質(zhì)上封閉的系統(tǒng)，廢物和水在生物圈2號內(nèi)可以被完全回收利用。但在能量和信息上，生物圈2號則是一個開放系統(tǒng)，太陽能可以透過玻璃進(jìn)入系統(tǒng)中，電力也接入為空調(diào)等供能，這里還有電話等通訊設(shè)備，可與外界保持聯(lián)系。

修建生物圈2號的目的之一，就是為了證明人類能在小尺度上復(fù)制可自我維持的地球生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而為太空空間站乃至在火星等星球上定居等提供技術(shù)支持。在這一建筑群中，不僅有人類居住區(qū)和2500平方米的集約農(nóng)業(yè)區(qū)，還有一個“荒野區(qū)”。剛建成的“荒野區(qū)”真可算得上一個微縮的地球：1900平方米的熱帶雨林中除有300多種熱帶植物外，還有山巖和瀑布；850平方米的海洋中生長著珊瑚，還有一個椰影搖曳的小海灘；450平方米的紅樹林濕地、1300平方米的稀樹草原和1400平方米的沙漠都匯聚到了一個玻璃屋頂下。因?yàn)槟M了“生物圈1號”——地球生態(tài)系統(tǒng)，因此它便有了“生物圈2號”一名。

熱帶雨林是生物圈2號中面積最大、高度最高的一個生態(tài)系統(tǒng)。進(jìn)入熱帶雨林溫室，潮熱程度之高大出我的意料。這里植物極為繁茂，無數(shù)氣生根從上方垂下，宛如絲簾。由于植被太過茂盛，雨林中的光線很是昏暗。從無數(shù)枝椏根莖的縫隙中，好不容易看到了整個溫室中心的一座人造假山，山上有一道小瀑布疊落。這一熱帶雨林是按美洲雨林來構(gòu)建的，植物自然絕大多數(shù)都是原產(chǎn)熱帶美洲的物種。這座人造假山則是參考了委內(nèi)瑞拉境內(nèi)的圭亞那高原的砂巖山體，進(jìn)而在這一微縮熱帶雨林中造出一小片更加微縮的云霧林。在夏季，生物圈2號外的沙漠驕陽似火，密閉的熱帶雨林溫室中溫度更高，當(dāng)年還需啟動龐大的空調(diào)系統(tǒng)降溫。如今的熱帶雨林溫室中已不再使用空調(diào)降溫，因此年均氣溫比真實(shí)的熱帶雨林高出5℃-10℃，這片微縮雨林因此成為研究熱帶雨林響應(yīng)氣候變化的現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)室。

走出熱帶雨林，憑欄俯瞰，一方矩形的海洋出現(xiàn)在峭壁之下。這一微縮海洋的容積為2650立方米，一端深，一端則是一小片礫石海灘。微波蕩漾，淺水中的石塊歷歷可見，卻看不到什么醒目的海洋生物。起初，這片海洋是以加勒比海的熱帶珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)為藍(lán)本建設(shè)的，海水是由一輛輛運(yùn)牛奶的卡車從太平洋運(yùn)來，沙粒來自巴哈馬，各種珊瑚、海星、海膽、甲殼動物和魚類等動物來自加勒比地區(qū)。熱帶海洋終年溫暖，這片海洋的水溫也全年保持在23℃-25.5℃間，因此耗電量頗大，以至于這方小小的海洋曾是生物圈2號中耗能最大的生態(tài)系統(tǒng)。維持一個海洋生態(tài)系統(tǒng)并不輕松。一小群章魚藏在珊瑚中混進(jìn)了這片海洋，它們陸續(xù)吃掉了許多其他海洋生物。而藻類的擴(kuò)增也是一個令人頭疼的難題，最終藻類鵲巢鳩占，珊瑚悉數(shù)死亡。如今，這片海洋中依舊有魚類生存，不過它們的數(shù)量和種類都不能和最初的時候相比。雖然這片海洋仍是一個自給自足（無需人類投喂食物）的生態(tài)系統(tǒng)，但它的生物多樣性較低，生態(tài)功能也頗為有限。這片海洋的尺度介于常規(guī)實(shí)驗(yàn)室和真實(shí)海洋之間，因此比實(shí)驗(yàn)室條件更接近真實(shí)海洋，但又遠(yuǎn)比真實(shí)海洋容易控制各種環(huán)境條件?？茖W(xué)家們研究這片海洋后，得出了大氣二氧化碳濃度升高會造成海洋酸化現(xiàn)象的重要結(jié)論。

生物圈2號共進(jìn)行了兩次人類定居實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，數(shù)人在封閉的生物圈2號中種植作物、飼養(yǎng)家禽家畜，希望能過上自給自足的生活，他們呼吸所需的氧氣則來自圈內(nèi)植物的光合作用。在這兩次定居實(shí)驗(yàn)中，尤以第一次實(shí)驗(yàn)持續(xù)時間最長（1991年9月26日-1993年9月26日），影響最為深遠(yuǎn)。在這次實(shí)驗(yàn)中，4男4女共8人入住生物圈2號。在實(shí)驗(yàn)的第一年中，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量并不高，8人體重明顯下降。但在實(shí)驗(yàn)的第二年，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加，8人體重有所回升。在兩年實(shí)驗(yàn)期間，生物圈2號產(chǎn)出的食物占8人食物總消耗的83%，剩下的17%則來自應(yīng)急儲備食品。在實(shí)驗(yàn)期間，生物圈2號中二氧化碳濃度不僅每天波動較大，且季節(jié)波動也頗為劇烈。氧氣含量從實(shí)驗(yàn)開始時的20.9%穩(wěn)步下降，16個月后氧氣含量降至14.5%，相當(dāng)于海拔4000米處的平均氧氣含量。此外，生物圈2號中絕大多數(shù)脊椎動物和傳粉昆蟲等也相繼死亡。

在第一次定居實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，人們對生物圈2號進(jìn)行了大量改進(jìn)。1994年3月6日，第二次定居實(shí)驗(yàn)拉開帷幕，這一次實(shí)驗(yàn)預(yù)期將持續(xù)10個月，共7人進(jìn)駐。在這次實(shí)驗(yàn)中，7人實(shí)現(xiàn)了100%的食物自給率。不過由于多種變動、破壞和阻力，這次定居實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行了6個月便匆匆收場。

雖然兩次定居實(shí)驗(yàn)的失敗讓我們知道了人類的渺小，我們尚不能完全復(fù)制賴以生存的“生物圈1號”。但依托生物圈2號這一獨(dú)特的科學(xué)工程，人類對“生物圈1號”的了解還在進(jìn)一步加深。

責(zé)任編輯/王苒