生物圈二号实验为什么会失败?

如果以此办法移居其他星球不可行吗

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15个答案
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史军植物学博士,科学松鼠会成员

2014-03-23 22:00


1991年,美国的亚利桑那沙漠之中,随着一扇大门缓缓关上,一个宏大的计划正式开始了。8名科学家进入了一个总体积为18万立方米的巨型建筑,说这里与世隔绝一点都不夸张,不但是门窗玻璃进行了严格的密封处理,连地面之下也浇铸了厚达两米的混凝土,整个建筑就像是漂浮在沙漠中的巨型方舟。
当然,这8名科学家并不孤单,因为随他们一起入住的还有最初引入了包括动物、植物和微生物在内的4000个物种。并且精心打造了海洋区,热带雨林区,荒漠区等逼真的生活环境,充满豪情的科研人员将这个巨型建筑命名为“生物圈2号”(1号就是地球了)。最初,研究人员都希望,这个模拟地球中的生物都和谐共存,各司其职。但是,没有过多久,问题就出现了,海水鱼类开始大规模死亡,直至变成一个死海。而丛林中的昆虫种类也发生了变化,凶猛的蚂蚁占据了上风开始侵占其他生物的地盘,缺乏有效作物和耕作技术的研究人员,但这些都不是。
这里的“大气”成分就发生了变化,氧气、氮气和二氧化碳的比例发生了巨变,并且波动过大:高峰时二氧化碳的平均浓度为2466ppm(百万分之一浓度,也就是100万份空气中所占的比例),到低谷时二氧化碳浓度则只有1060ppm。这样的波动不仅不适于人类生存,连植物生长都成问题。对于比生物圈2号个头还小的太空舱来说,如何控制调节好二氧化碳的浓度,还是一项棘手的工作。不仅如此,当初修建时使用了大量的混凝土,其中的水泥开始大量的吸收二氧化碳,这在很大程度上影响了植物的光合作用。于是,氧气也跟着减少。最后,科研人员被迫撤离。看似完美的生物圈2号几乎在一夜之间崩溃了!
客观来说,在18万立方米的空间中聚集4000个物种,生物多样性可谓丰富。但是,相对于地球上的物种而言,这样的系统就显得极其简陋了。那么,生物多样性的存在对于环境的维持真的这么重要么?
现在的中学生和小学生都能随口说出生物多样性包含有生态系统多样性,物种多样性和遗传多样性;也可以就讲出食物链就是兔子吃草,蛇吃兔子,鹰再吃蛇。那么生物多样性究竟是什么?为什么要保护生物多样性,却很少有人能解释得清楚。
而生物圈2号的经历给了很好的诠释。之所以要带多达4000个物种进入生物圈2号,科学家已经考虑到了物种生存的复杂关系。物种越单一,这个生态系统倒塌的可能性也就越大。就像一座房子,如果它的地基只有两根柱子,那破坏其中的一根之后,这个房子就会倒塌。但是如果柱子多达200根,2000根的时候,破坏其中的一根,将不再会影响到这个房子存在的安全性。
那么,只要物种够多就一定能和谐共存吗?也不是,随意堆砌在一起的砖石瓦块,仍旧是一堆松散的物件,而且堆的越高,崩塌的可能性就越大。当然了,也不排除这些物件在经历了上千万年的地质变化之后被挤压成了致密的岩石。那些,松散的物种经过上千万年的变化之后,也会形成丰富的多样性,形成和谐的生态系统。但是,这一切都需要时间。
于是,要想在我们人类有生之年看到正常运转的人工生态系统,就需要投入大量的能源。实际上,农田就是一个特别的例子。我们时常觉得,农田里就应当长满整齐划一的庄稼。但是,我们经常忽略了人类在其中的播种,除草,杀虫等等行为,如果,人类停止干扰,自然的力量将很快显现。在西南地区的调查中,经常遇到那些退耕5年的耕地已经盖满了灌木。自然总是以自己的意志在运行,与之相比,人类的想法显得渺小而无助。
看到这里,你也许明白了,自然界从来就不缺少生物多样性,但是它们不会因为人类的意志而改变,它们会在自己固有的道路上行走,而这样的行走必定是不适宜人类的,至少是不适于我们现代人的。如果我们退回到吃野果,吃鸟蛋的直立人状态,可能会更受自然系统的亲睐。否则,很可能会重蹈生物圈2号居民的覆辙。
摆在我们面前的路很清楚,要么寻找到足够的能源来维持人工生态系统的正常运行,或者回归到原始状态,但是就目前的技术水平和人类自身的条件而言,两条路皆非坦途。我要走的可能是一条更为折中的路,一方面最高效地利用能源,另一方面尽可能与现有的生物圈和谐共处。
我们必须知道,能建立第二个生物圈的圣者只能是生物圈自己,而我们人类只是建筑过程中的那一小块砖头瓦块而已。

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Ent古生物学博士生,科学松鼠会成员

2014-03-24 12:09

如果说出了问题的领域,那很多。
比如:


鱼类繁殖过快
沙漠区湿度过高
蚂蚁和蟑螂爆炸增长
授粉昆虫全灭
脊椎动物大部分死去
牵牛花覆盖整个雨林区
实验人员持续饥饿感
氧气持续下降
二氧化碳和混凝土发生反应
……


如果说关键的致命的问题,可能是上面的最后一条。


但如果说失败的根本原因……

我个人认为那是生物圈二号的设计思路不对劲。学一号不是这么学的。

的确,里面有“海洋”、“雨林”、“农田”等等,但这些根本就是玩具好吗!这里面的雨林面积如此之小,和现实中的雨林怎么可能相似!生态学里尺度有多大的意义他们难道不晓得嘛!

如果你只能做一个几万平方米的园区,那么与其搞一号的缩微版,还不如干脆另起炉灶设计一个更靠谱。

虽然我也不知道要怎么重新设计……


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这个生物圈的意义不在于只是建立一个独立的循环,更主要的是为以后移民其他星球来寻找生存的可能。我觉得引入动物还是为时过早,可以模仿地球生命初期的形态,使用藻类、苔藓等低端植物来进行光和作用。

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支持者: 张文达_179

这只能说明一件事,就是生命彻彻底底的是一次奇迹,而且,地球也许只是变化比较慢而已,总有一天生物会彻底消失,相比宇宙的漫漫时光,生命出现在地球上也不过是一瞬间而已。

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支持者: 张文达_179

可能人设计的还是计算不到很多东西,就不用管它了,就那么放着吧,看各种生物在其中自生自灭,到一定时间应该就平衡了。但能不能形成具有多样性的平衡就很难说了,可能还是比较脆弱的平衡,因为地方还是太小了。

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支持者: 张文达_179

我觉得就是面积太小了。光是一个水循环就得多大的面积,18万平米只能算一个水库好不好,何况还要塞那么多东西进去。最少也得十平方公里吧,这样才能合理分配陆地、水、森林、山脉比例(这竟然还是在沙漠里搞,真是不作不死啊)。当然这得投入数十倍的人力物力财力,不是一般土豪能承受得了的。

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可能是因为调节能力不够,而且混凝土会和某些物质反应

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换一个角度理解,可能生物圈一号同样也会崩溃,只是这个过程十分缓慢,尺度跨度很大,人类无法察觉而已。

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波塞冬之风机械设计及其自动化的混子,禅师级中二病

2014-03-24 14:41
支持者: 张文达_179

简单来说,就是人类替代上帝没成功呗.......

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支持者: 张文达_179

1.所谓的"沙漠,雨林,海洋",要这些当做过家家的背景吗?尽整些没用的,失败原因其一

2.刚一建成就住进去,导致二氧化碳减少,失败.既然已经意识到混凝土吸收二氧化碳,干脆来个凤凰涅槃:撤出工作人员,往里面灌入大量的二氧化碳,一年后再敞开通风6个月,然后再住进去.

3.养蛊计划.人不进去,动物进去,看谁笑到最后,然后研究它为什么能笑到最后,然后把它笑到最后的因素转移给人.也就是搞搞转基因研究,这个难度很大,但有可能产生大量的周边科研成果,墙内开花墙外香.

4.人体改造计划.把那些人类不能自己生产的物质全部激活,比如vc合成啥的.

只是证明了人类需要更大的生物圈吗?难道那里面的生物都死掉了吗?

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设计可以先从模拟水生环境开始,不是说海洋里挤得不行了陆地上才开始有生命蔓延开来么,

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支持者: 张文达_179

弱弱的问18万立方米,如果是半球状,也就是半径45m的半球而已。也就是一栋超高层楼房的高度,一条道路的宽度。如此小的环境,能成云下雨么?

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如果在月球上建立生物圈2号,我想这么搞有搞头。

1、在月面以下挖洞,挖到恒温26度的地方再横向挖四通八达的地道。密封。

2、电解岩石释放氧气,并将燃烧的废气储存起来,净化后根据需要充入二氧化碳。

3、开若干个天窗,让太阳光照进来,根据温度变化情况周期性的打上遮光板。

4、种植玉米,人工授粉。其他植物均人工授粉。

5、水肥均来自以月壤为原料的月壤化工。。。

6、养一些羊、鸡、猪等人类驯化很久的生物。养殖当然要专人管理,必要时还要人工授精。

7、齐活了。完全不加干扰的生物圈想都不要想。。西方人就是懒汉思想。

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其实我觉得根本不需要生态圈这么不着调的东西。生态圈只是方案,而不是目的,只要有办法用人工能量循环的弄到食物氧气和净水就好,为什么一定要搞个生态圈

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程序源尼姑庵里的网监

2014-03-24 12:47

带几个农民伯伯进去就可以解决很多问题!

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