人类处于地球这一巨大的生态系统中，应该说，在过去的岁月里人类是幸运和幸福的。可无论如何，人类及其栖身的这个星球已来到前所未有的重大转折点，一个时代就将过去，新时代的曙光已经出现，拯救地球已不能再停留在口上或纸上，而必须付诸实施。谁也没有亲自体验过地球所转过的历程，谁也无法精确地预见地球环境变化的未来，但总有人想尝试这一切。“锦绣中华”只不过是中国著名景观的缩微，而在美国的亚利桑那州沙漠深处，一个“迷你”地球——生物囲2号正在诞生，它的使命不再是模仿，却是旨在创造适合人类坐存的新世界。

一、生物圈Ⅱ号概况

生物圈Ⅱ号是以生态学原理建立起来的特殊实验模型，它坐落于亚利桑那州图森市以北30英里处，占地2.5英亩。建成后将有3，800种动植物和8名地球人代表在里面共同生活两年。

在有些神秘的Santa Catalina山硅矿后，布置着守卫生物圈Ⅱ号的岗亭，单行通道上横着禁止通行的栏杆，四周是通电的铁丝网。岗亭以内几百码开生物圈Ⅱ号巨大的玻璃建筑在阳光下熠熠发光。它由白钢抗压构件和总面积达4英亩的玻璃组成“地壳”，外形就像一座玛雅庙。生物圈Ⅱ号长达539英尺、高85英尺，500万立方英尺的巨大空间包容了来自世界各地的各种生态子系统：奔腾着瀑布的亚马逊雨林、生长着相思树的热带草原、贝加沙漠、墨西哥和马达加斯加移植来的棘木从林地、常绿灌木林及容量达100万加仑、25英尺深的人工海洋。这些自然生态系统的另一端是人类的居住区：种满了蔬菜的小温室、圈养着猪、鸡和山羊的农舍、一幢二层楼的综合生活大楼。

生物圈Ⅱ号由空间生物圈探险组织（简称SBV）创建。于1987年动工兴建，整个生物圈Ⅱ号及其周围25幢行政、供应大厦的综合建筑群将在3年后建成。其单一而朴素的目的就是：拯救地球！

二、生物圈Ⅱ号的由来

许多人认为，地球已受到环境污染和严重的生态破坏，有必要建立新的地球——生物圈Ⅱ号。现有环境污染未能根治的原因之一是人们往往觉得无从下手，甚至有时在污染源的确定上还争论不休。亚利桑那大学环境研究室主任、生物圈Ⅱ号的顾问之一Carl Hodges认为在讨论温室效应时就存在这种情况，尽管气候变暖的事实已越来越严峻，科学家不断争论的焦点仍是CO₂的排放量是否起了主导作用。于是，Hodges等人设想：做一个袖珍地球，可以随意放置，以验证各种各样的疑问；能调控其上的气候、降水、食物链和污染程度，以观察每次环境因子变动后的结果；能模拟原始的世界，以旁观其在没有污染和废物情况下的运转过程。

现在的生物圈Ⅱ号则是集体智慧的结晶，设计思想主要来自SBV的主要领导人、工程师Margret Augustine，生态学家Mark Nelson和John Allen。7年前，当他们3人同在伦敦生态工程学院合作项目时，就开始构思人造生物圈的雏形以及保证生命延续的必备设施和规模。设计基本成形后，他们和德克萨斯州的石油大王Ed Bass取得了联系。

Ed Bass是世界野生动物基金会、纽约植物园及Jame Goodall学院的董事会成员，一向热心于不同凡响的生态项目，并不惜为此投入时间和巨额资金。当Augustine，Nelson和Allen向他构画出生物圈Ⅱ号的轮廓后，Bass当即投资了3，000美元。购置了必需的土地后，工程于1987年破土动工。

生物圈Ⅱ号的设计者从许多生态专家对不同自然生态系统和人工生态系统的意见及积极参与中获益匪浅。Hodges曾著有“受控环境农业”的专著，他为生物圈Ⅱ号设计了最优的密集型农业系统，并以没有杀虫剂等农药和污染为前提。Smithsonia学院的Chnis Lucket则为沼泽、热带草原的水流和珊瑚礁作了设计。“受控生态系统”并非全新的概念，但生物圈Ⅱ号独一无二地试图在一个屋顶下建立许多不同的生态系统。正如工程负责人Bill Dempster所说的，生物圈Ⅱ号是为了彻底弄清地球的发展，非常有必要引入尽可能多的物种，因为大系统的正常运转需要小生态系统的相互协作。

三、生物圈Ⅱ号的生态系统

生物圈Ⅱ号由热带雨林、沼泽、人工海洋、密集农业区等7个生态系统组成，每一个子系统的建立都远非易事。

仅热带雨林的建成便是生态工程的一项突破。设计者们先从足有10英尺厚的极干涸土壤层入手，铺上3英尺厚的邻近地区偏碱性土壤，再用卡车运来泥炭苔藓和肥料进行酸化，使之接近雨林表层上的化学特征。林地中央竖起了委内瑞拉被侵蚀的砂石山峰实物标本，山顶培上了土壤并种上了苔藓和羊齿科植物；山脚是从密苏里植物园移植来的亚马逊树林，林层高达35英尺，树下是嗜阴的羊齿科植物和橡胶树。为使下层植物避免沙漠热气和阳光的损伤，生姜、香蕉和鸟类在四周围成了厚厚的一层防护圈。为配齐雨林应有的生物种类，植物采集人员跑遍了委内瑞拉、波多黎各、伯利兹、圭亚那及巴西等地。

为确保所有的入选生物适应气候受控环境，另建了2个15，000立方英尺的生物圈试验模型。7个生态系统中的许多动植物都曾在其中作生存试验。比如，为保证生物圈Ⅱ号中的雨林及其余各系统却能繁衍发展，设计者们曾费了很大精力来选择传粉媒介。起先认为窗子会阻碍紫外线进入，从而使蜂类失去寻找花靶的依据，曾想把蜜蜂等从生物圈Ⅱ号赶出。但在试验模型中，蜂类表现正常而得以入选现在，生物圈Ⅱ号不仅有蓝果园蜂、蜜蜂、碱蜂、大黄蜂、集油蜂、无刺蜂及木蜂，还有苍蝇、黄蜂、斯芬克斯蛾、蜣螂、蜂蝶和一些蜂鸟，甚至蝙蝠。

生物圈Ⅱ号引进了200多种昆虫以完成系统的另外一个循环。白蚁、蟑螂和甲壳虫能迅速分解腐烂的动植物残体而入选；另外还收集了鸟类、蟾蜍和蜥蜴，以控制昆虫数量，避免其繁殖过快。

当然，生物圈Ⅱ号最精心挑选的莫过于食物链的顶层生物，供人类所食用的动植物。生物圈人将依靠24，000平方英尺的密集型农业系统生活。这里一年四季轮作着成百种瓜果蔬菜，包括西红柿、花椰菜、莴苣、玉米、豌豆、稻子、小麦、土豆、香蕉、无花果、菜果、木瓜及甘蔗、咖啡和香草茶。另有家禽、猪、山羊以及放养在水中的鱼。要让这些生命都存活，在亚利桑那沙漠并不容易。

四、生物圈Ⅱ号的人类

生物圈Ⅱ号只计划进入8人，但有7男7女共14名候选人。这是一些好奇心特强的人，多数人年龄40岁不到，他们或多或少像正在受训的宇航员，只不过目标不再是漫无边际的太空。

应征者都有自己的科学研究领域，如生物学、海洋学、医学、心理学、工程学等，他们大多从非正式的渠道获悉这项工程，通过大学简讯、环境报刊及产业漫谈了解这一消息后，他们却满怀踏进新世界土地的希望出现在生物圈Ⅱ号。病理学家和医学家Roy Walford说：“迄今为止，生物圈Ⅱ号是最令人激动的科学历险”。当他们入选，其心情绝不亚于第一次踏上月球。

但生物圈Ⅱ号需要的不仅仅是激情，严格的生物圈Ⅱ号生活还要求入选者在今后2年内毫无顾忌地放弃原有的工作。现在的14名候选人都是单身，而且能脱离或安排原有的工作，更重要的是，他们都有生物圈Ⅱ号特殊要求的生态探验经历。

在建造生物圈Ⅱ号的3年内，14位候选人是该工程的一部分，与SBV的雇员一样每天工作一段时间、今后的2年实验期内，8位生物圈Ⅱ号人的收入自动存入外界的账号而不用花一分钱；6位外面的候选人将作为工程控制人员留在圈外各部门服务。

生物圈Ⅱ号人的职责是保证生态系统维持在直接的、低技术水平上运转，生态系统本身无法阻止动植物向邻近区系迁移或防止不同于野外环境的遭遇。为了清除入侵植物、消灭臭虫、修剪过于茂盛的雨林以维持生物圈Ⅱ号的正常秩序，人类理所当然地成了顶层食肉动物的最高行政长官。

生物圈Ⅱ号人每天上午工作4小时，忙于维持“野外生境大合唱”的和谐进行，播种收割庄稼，清洗生活区，保养生物圈Ⅱ号的每一个小系统。午后4小时进行实验或各目的研究工作：分析空气化学成分、研究水和土壤的性质及照养动植物。8小时外的休息时间内，Leigh打算带上画具并坚持写游行日记；Zebel想学俄语；Walford已出版两本有关节食与长寿的书，准备继续在里面写下去。

生物圈Ⅱ号为每个人配备了卧室，上层是卧房，下面是起居室。所有的套房都有与外界相通的电话、收音机、电视机、录像机及能用来收邮件、发传真、电报和闻的计新算机。Walford医生还建立了一套包括心电图、X光机及手术台的医疗设备，以保证人员的身体健康。因缺一名受过专门外科训练的人员，只得由Walford自己承担诸如简单的缝合手术之类的医务。此外、还得应付各种难以预料的意外事件，有时可能不得不将生物圈Ⅱ号开启，以便把不幸者送到邻近的图森市。

比身体健康更难预测的是生物圈Ⅱ号中人的精神状态。这些入选者没有，也不会再接受心理检查。实际上，传统的心理测试在生物圈Ⅱ号中没有实际意义。Walford认为：较好的办法是把这些人置于正常的工作环境中，使其解决在往常生活中都会遇到的矛盾，这样做较接近现实生活。不可避免，许多人都会对生物圈Ⅱ号人的恋爱问题感兴趣，生物圈Ⅱ号的唯一原则是：禁止生物圈Ⅱ号人繁衍下代，其他概不干涉。

五、生物圈Ⅱ号的运转

1. 热量调控：生物圈Ⅱ号是玻璃密封体，这种结构吸收70%的太阳光，而根本不散热e亚利桑那沙漠一天的阳光就足以使生物圈Ⅱ号在华氏150度的高温下煮熟。为控制圈内的冷热空气，生物圈Ⅱ号装了两叶“肺”——紧靠它西墙和东墙的两座建筑，高50英尺，覆盖督橡胶膜，由地下通道与生物圈Ⅱ号相连。当圈内温度升高，热空气冲入“肺”使橡胶膜顶膨胀；当温度下降，热空气又被压回、生物圈Ⅱ号就像其他生命体一样呼吸。但“肺”对整个圈的热量增减并无作用，因此Ⅱ号与Ⅰ号的不同之处在于Ⅱ号是空调的。圈内的热空气被抽入地下风扇和通道网络，然后通过热交换器，装有4，000加仑水的盘曲管道使热空气降温、这股冷却的空气通过空气槽又返回圈内。

尽管生物圈Ⅱ号中的热空气并未和外界混合，但热量是可以传递的。流出圈的水将升高到华氏93度，要循环利用必须再冷却。这可通过2步完成：一部分水流到圈外的“能源中心”，输送热水的管道经华氏78度的水冲洗可使管中的热水降至80度，这尚不能大幅度降低圈内温度。另一部分水流到能源中心的传统冷却系统，温度骤降至45度。这股“寒流”足以使生物圈Ⅱ号根据季节、区域、早晚，在55~95度的范围内调节自身的温度。工程师发现两者的结合可比单一的冷却系统获得更好的能量效率。

2. 水循环：生物圈Ⅱ号中水量有限，密封2年内水仅在内部循环，而没有一点进出，因此，空调系统还必须保证生物圈Ⅱ号的湿润。湿润的空气冷却后，水蒸气凝结在冷凝管上并滴入巧妙的集水槽中重返生态系统。例如：在雨林地区，水被压到山顶的水池中，然后跌下成瀑布、蜿蜒流过丛林，穿出热带草原，冲下悬崖，最后通过河口汇入海洋。水还有其他用处：滋润崖边植物、注满沙漠绿洲及浇灌土地。

海洋是由人工盐化，盐度接近天然海水。海水与其他水分一样要被蒸发，只是人工海洋表面积太小，以至于由河进入海洋的水量远多于蒸发量（这与地球真实情形刚好相反）。为防止海水泛滥，一部分海水被放出、脱盐后用管道输回淡水循环中，脱出的盐则重投海洋。

人类居住区是相对独立的系统。不断从冷凝管滴下的水被用来做饭、洗刷、喂动物及供应实验室。饮水都用沙滤器净化并经紫外线杀菌，以确保安全。所有垃圾都输入小型沼气池（动物及实验室废水另有配备），微生物、植物、昆虫和青蛙以沼池为生，消耗分解有机物，使水足够清洁以用来浇灌庄稼。

3. 电力供应：降温、启动泵和计算机、照明、烧饭所需电力将来自一座3.7兆瓦的天然气发电厂。设计者原想利用当地原有的电力，但考虑到万一出差错，风险太大，倾向于使用太阳能电池。从长远的观点看确实诱人，但高昂的费用又使他们望而却步，虽然有些不情愿，还是改用天然气。生物圈Ⅱ号人认为他们的电厂比大多数电厂的效率更高，且可充分利用余热加热自来水及启动脱盐机。

六、生物圈Ⅱ号的前景

每个关心生物圈Ⅱ号的人都在预测它是否会成功。有一点可以肯定：距技术完善，生物圈Ⅱ号转让技术给有兴趣的开发者从而获取资金来补偿开创阶段的部分开支，仍需若干年时间。它的科学前景也将取决于资金的前景。对于该项工程的现实意义、研究人员也有各种不同意见。

为雨林收集物种的纽约植物圈的Andrew Henderson说：“他们想干的事确让人敬佩，但最终能否解答目前尚未解答的问题，又是另外一回事。现代世界最大的环境忧虑是一些灾难性、不可抗御的问题，如雨林退化和物种灭绝。但我认为这项工程与这些问题并无很大的关系”。

生物圈Ⅱ号职员中也有一些疑虑。植物生理学家Mary Olson一直在思考：必需营养元素（如氮、磷）能否在系统中依照：“植物→人→土壤→植物”的秩序循环，在循环过程中是否会在某一环节受阻而引起土壤退化。Leigh则试图弄清碳平衡是否稳定——动物能否转化足量的O₂进入CO₂，植物能否转化相当量的CO₂到O₂，这些在生物圈Ⅱ号均是未知数。

毫无疑问，今后的发展中，生物圈Ⅱ号会遇到各种问题，但设计者们相信有足够的时间来解决。生物圈Ⅱ号的建筑和生态系统是按100年的寿命设计的，现在的8名志愿者仅是未来漫长岁月的先锋，第一个二年居住期只是实验的开端。

未来的一个世纪中，新的花粉和种子将引入现有的生物圈Ⅱ号植物基因库，以确定保证物种延续所需的基因种数。从空气、土壤、植物及动物中连续获取碳本底数据，有助于判定气候及食物链的波动对碳循环的影响。为研究和维持生态系统，区域降水量和气温将作动态变化。

几代后的生物圈Ⅱ号将面临更富挑战，杀虫剂及由遗传工程制造的人造器官将先在这缩微的地球中试验，以判别其能否适应外面的现实世界；高浓度的CO₂引入则将模拟“温室效应”。

正如Hodges所说：这项工程有助于人类到别的星球上更好地生活，一旦研究透彻生物圈Ⅱ号，就能更好地了解生物圈Ⅰ号一一我们的地球。

［Discover，1990年9月号］