- 生物多樣性為何重要，它是如何產生的？
- 地球上生物多樣性的主要形式有哪些？為何它們正在減少？
什麼是生物多樣性，它為何重要？
前瞻
在「生物多樣性與倫理」一節，你將會了解到生物多樣性具有「內在價值」。在這裡，你看到了這種價值的原因：生物多樣性為地球上的生命提供了必不可少的服務。
隨著時間推移，地球上存在的物種總數穩定增長，不過中間夾雜了五個時期的大規模滅絕和周期性的小規模滅絕事件（圖1）。
從36億年前就已經存在的單一物種，估計至今已有870萬物種在這個星球進化孳生。 其中，科學家已實際描述和分類的只有約200萬種，陸地的物種佔14％，海洋環境物種佔9％。地球上存在數量如此龐大和多樣的物種被稱為生物多樣性（biological diversity 或 biodiversity）。
生物多樣性一詞可用於生物組織各個層面的多樣性：特定物種內個體之間的多樣性（遺傳多樣性），生態系統中物種的多樣性，以及地球不同生態系統的多樣性。它適用於陸地、水生（淡水和海洋）和大氣環境，包括農業地貌和城市地區等源於人類廣泛改造的環境。
生物多樣性的惠益
一個物種的價值通常取決於它對人類有益的程度，包括諸如食物、建築材料和醫學等有形益處，以及豐富審美、靈性和文化等間接益處。然而，在所有生命賴以生存的生態系統的結構和功能中，生物多樣性所發揮的作用也很有價值。維持各種物種之間的脆弱聯繫是很重要的，而生物多樣性使之成為可能。
即使是最不顯眼的生物學過程也是如此。雖然肉眼看到的有機體最受關注，只有顯微鏡下才能看到的有機體對地球上的生命也極為重要。
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例如，海洋和淡水系統中，微藻的光合作用佔大氣層中的氧氣的45-80％。沒有了在顯微鏡下才能看到的細菌和真菌，氮循環和分解等關鍵生態系統過程就無法進行。隨著分子遺傳學新技術的發展，科學家直到最近才開始意識到這些微生物的廣泛遺傳多樣性，並開始發現它們對於確保生態系統正常運作的重要性。
所有物種都以獨特的方式對生態系統的結構和功能作出貢獻，但也在相互依存關係中共同演化。單一物種的消失常常會對整個生態系統產生巨大影響。這些物種被稱為基石種，因為它們對於維持整體生態系統平衡至關重要。
海獺是基石種的一個很好例子。在加州中部沿海地區，海獺族群健康時，海藻林（巨藻）豐盛茂密地生長，支撐著多樣化而複雜的食物網。但是，當海獺消失，它們最喜歡的獵物海膽族群會非常高密度地生長，消耗海藻，造成「海膽荒原」（見圖2）。茂密海藻林的喪失直接或間接導致依賴它們的物種族群失衡，並最終崩潰，從而降低了生態系統的健康和穩定性。
生物多樣性幫助生態系統的另一種方式是透過恢復力。生態系統的有機多樣性越多，它對乾旱、洪水、暴風雨或昆蟲族群的大量產生等干擾的恢復力就越大。生物多樣性通過增加一種物種的耐受性來抵消另一種物種受到威脅的機會，從而提高生態系統在干擾中得到恢復的能力。
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大自然對人類生命具有工具價值。但是，「使用」大自然時，我們必須尊重其可持續性。此問題將於「生物多樣性與倫理」一節討論。
供給服務所提供的物資直接惠及人類，例如食物、木材、藥用植物和淡水。支援服務是對整個生態系統功能至關重要的自然過程，它包括土壤的形成和養分循環。文化服務是大自然對豐富人類生命做出教育、休閒、審美和靈性上的貢獻。調節服務是生態系統作出的一系列功能，以調節氣候、分解廢物、過濾清水及為植物授粉。
人類對大自然的依賴密不可分。維持生態系統的健康，以確保它持續提供服務非常重要。
仔細想想
試想一下使你的日常生活能成為可能的相互關聯──你所看到的人，例如親朋好友，以及你可能看不到的人，例如為你的房間提供照明的發電廠工人，或打掃你上學路過的街道的環衛人員。探訪你社區中的一個自然生態系統，例如公園、長滿植物的空地、溪澗或河流、池塘或湖泊，然後問自己：- 在這個自然生態系統中，哪些相互關聯使我們的生活成為可能？
- 你看到有哪些相互關聯？
- 你知道有哪些是看不到但卻存在的相互關聯？
生物多樣性是如何產生的？
地球上豐富的生命多樣性是由進化, 過程而來，進化過程的定義是，有機體的生物族群的遺傳特徵隨著時間推移，出現不斷變化及適應。主要是突變和自然淘汰（或稱天擇）這兩個過程，根據環境變化的模板作出反應，其中一些是由本身生命的演變而來。
突變
突變是指不同表徵的基因編碼的改變，有時會導致該表徵在身體上的不同變異。突變是個體之間屬性變異的原始來源，也是遺傳多樣性的基本原因。
這樣的改變有好有壞，或者它們不會影響到生存能力。這取決於環境。例如，英格蘭白色胡椒蛾的突變曾一度產生一種深色形態的品種，在淺色地衣覆蓋的樹皮上很容易被捕食者發現，但在深色樹皮上則是很好的偽裝（圖4）。在工業革命期間，倫敦的家庭和工業燃燒煤炭作為燃料，空氣中的煤煙殺死了樹皮上的地衣，因此淺色胡椒蛾很容易被飛鳥捕食，而深色的變種在新環境中具有競爭優勢。
自然淘汰
由於遺傳的多樣性的結果，某一特定物種的成員之間會有不同的身體表徵(表型）。正是物種之間的這種表型變化，允許了自然淘汰的發生，這是查爾斯．達爾文（Charles Darwin）在其《物種起源》》（On the Origin of Species: By Means of Natural Selection，1859年初版）一書中提出的一種進化機制。
族群常常是由一種物種的不同個體組成，這些個體的身體屬性都略有不同。某些個體擁有的一些表徵比其他個體更適合於特定的一組環境條件。具有利表徵（稱為適應）的個體更有可能生存下來、繁殖並將基因傳給後代。經過許多世代，具有適應表徵的個體的百分比增加，從而使整個族群能適應特定的棲息地。因此，自然淘汰的進行是在一個族群內的自然遺傳變異，以選擇出最適合該棲息地環境壓力的表徵。
偽裝或隱秘著色是適應的一個例子。通過自然淘汰的過程，許多物種進化偽裝的形狀和顏色，從而使它們的掠食者或自己的獵物不易察覺。葉蝴蝶由於與樹葉相似，而能夠從鳥類天敵隱藏起來（圖5）。那些看起來不太像葉子的蝴蝶，比起有效偽裝的蝴蝶更容易被飛鳥吃掉。隨著時間的推移，自然淘汰會縮減個體之間的差異，以保持有效的偽裝。
影響不同表型個體的生存和生殖成功的環境因素，我們稱之為擇汰壓力。它們可以是非生物的，如周圍的溫度或土壤類型的變化，也可以是生物的，如個體之間對資源的掠食或競爭。
人類活動也可能導致非常大的擇汰壓力。例如，使用農藥控制害蟲可迅速導致害蟲物種對農藥產生抗性。若少數害蟲具有對毒素不敏感的基因，便成了唯一存活的個體，亦因此成為唯一能將這些基因傳給後代的個體。因此，通過自然淘汰的過程，該個族群對那種農藥便產生了抗性。
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物種滅絕是一個影響共同利益的問題，在「生物多樣性與倫理」部分將討論到它。
地球史上的重要進化事件
地球上的生命的進化特徵是，物種數量重覆不斷增加的同時，又不斷發生大規模滅絕事件，導致物種數量大大減少（圖1）。這些模式受環境裡的生物性變化所影響，其中一些是由生命本身的活動引起。這包括人類活動，當今人類世大滅絕最具破壞性的活動。科學家相信，這是史上最大的滅絕事件（見下文）。在過去500年，人類活動已經摧毀了25％整體哺乳類動物物種，餘下的脊椎動物物種現在有三分之一亦受到威脅。其他的史前滅絕事件是由於大陸漂移引起的土地塊運動，以及巨大流星撞擊地球所致。
自生命存在以來，最有影響力的生物創新，可能是大約34億年前光合作用的演化。通過利用周圍環境中充足的二氧化碳（CO2），光合物種能夠利用太陽豐沛的能量來構建糖分，而糖分將能量存儲於化學鍵中，之後用於構建有助於其生長和繁殖的結構分子，如碳水化合物、脂質和蛋白質。有趣的是，光合作用的過程會產生廢物──氧氣（O2）。
在過去20億年間，植物和藻類的光合作用活動使大氣和海洋中的氧氣濃度增加。這導致了極其重要的進化改變。
首先，它允許在高層大氣中形成臭氧層(O3)，阻隔有害的紫外線輻射到地球表面。這種紫外線防護讓光合物種活在淺水或更靠近海洋表面，使牠們更容易獲得光源，為非光合物種提供更多的食物。.
第二，它允許細胞呼吸的生化過程的進化。通過這種需要氧氣的過程，好氧有機體可以從糖分子中，提取比早期的祖傳厭氧生命形態多18倍的化學能。能量效率的提高使更複雜的生命形態得以進化，這種生命形態從最初的單細胞有機體發展成複雜有機體，其細胞會分裂成肌肉、骨骼、神經、皮膚等各種功能組織。
大陸漂移引起地塊方向的變化，大大影響了生物多樣性的變化模式。例如，2億5千萬年前的二疊紀時代末期的物種大滅絕，是地球上大型陸塊合併成稱為盤古板塊（Pangaea）的「超級大陸」時所發生的（圖6）。
思考問題
試想一下，如果一年四季都生活在平均溫度為-40至0˚C（-40至+32˚F）的室外環境，你希望身體和行為會有甚麼樣的適應能力？
- 你情願又高又瘦，還是又矮又壯？為什麼？
- 你情願鼻子大還是小？為什麼？
- 你情願花數小時休閒地閱讀，還是充滿活力地遠足？為什麼？
- 你情願獨自還是與一群人一起睡覺？為什麼？
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