根據《聯合國生物多樣性公約》,生物多樣性的定義是指所有來源的活生物體的可變性,包括陸地、海洋和其他水生生態系統及其生態復合體。生物多樣性是種質資源生存、發展和進化以適應不斷變化的生存環境的基礎,它包括物種多樣性、遺傳多樣性和生態系統多樣性三個層次。其主要問題有:1、功能豐富度、物種多樣性和群落乃至生態系統的穩定性;2.區域生物地理學和區域物種豐富度;3.人類活動和環境退化對生物群落結構的影響。從生物多樣性的角度來看,很少有人理解海洋生物多樣性其實遠比陸地生物豐富和珍貴。比如目前發現的34個門裏,海洋其實占了33個門,其中15門動物只能生活在海洋環境裏。相反,34個動物門中只有13能生活在陸地上。這種差異表明,海洋是地球上大部分生物多樣性得以保存的地方。
2.海洋生物多樣性是海洋生物資源利用和開發的巨大寶庫。
海洋生物資源的開發利用已成為21世紀世界海洋強國競爭的焦點。特別是隨著海洋環境的不斷惡化,海洋生物資源因大量的人們采集而日益幹渴,海洋生物多樣性也遭到破壞。因此,海洋生物基因資源的保護和利用尤為重要。研究海洋基因組和功能基因,不僅有助於培育優質、高產、抗病的海洋生物新品種,而且有助於開發我國具有自主知識產權的新型海洋基因工程藥物,是解決海洋藥物資源的有效途徑。目前,我國壹些高校和科研單位已相繼克隆了海蛇毒素、海葵毒素、水蛭素等壹批功能基因。此外,還開展了重組芋螺毒素、重組藻藍蛋白、重組鯊魚肝生長刺激因子、重組鯊魚軟骨新生血管生長因子的研究,有望開發成為潛在的基因工程創新藥物。遺傳連鎖圖譜的構建、功能基因的篩選和克隆以及基因打靶技術的研究,將有助於實現海洋生物多樣性的長期保護和資源的可持續利用。此外,極端海洋環境下深海生物遺傳資源的研究不僅具有科學意義,而且具有實際應用價值。中國深海極端海洋微生物菌株數據庫的建立,極端環境下海洋微生物代謝途徑和特性的研究,極端微生物特征蛋白結構和功能的研究,為探索生命本質和生存極限,開發新型海洋藥物和海洋生物制品提供了產業基礎。海洋極端微生物的研究將對醫藥、化工、環保和國防的發展具有重要意義。上海許多高等院校和科研機構擁有強大的生物技術實力,開展海洋生物多樣性及其功能基因資源研究具有很大優勢。
海洋是生物多樣性的寶庫,海洋生物資源具有現實或潛在的價值。首先,它是人類重要的食物來源,每年為全世界人類提供22%的動物蛋白。同時,許多海洋生物也具有重要的藥用和工業價值。其次,海洋還主導著地球的氣候變化、物質循環和整個生態系統的正常運轉。如果海洋被汙染和破壞,陸地上的生物也會滅亡。豐富多樣的海洋生物不僅為人們提供了食物、藥物、休閑等多功能需求,還因其分解廢物、調節氣候、提供氧氣等功能,成為地球上最大的生命支持系統。這些高度多樣化的海洋生物大多分布在珊瑚礁或紅樹林、大陸架、潮間帶和河口等沿海區域,俗稱“海中熱帶雨林”,但在這種狹窄的沿海區域,它們最容易受到人類活動的影響。據估計,到2020年,人類對沿海和海洋環境的需求,包括可再生資源、廢物處理、生活空間和工業化農業的發展,將增加壹倍。因此,維護海洋生物和生態多樣性是目前各國的常識。
我國海洋面積3×106 km2,海洋生物種類繁多。目前,中國海域記錄有4門monera界、7門原生動物、3門真菌、6門植物和24門動物。但到目前為止,我國海域對盾尾綱、顎口綱、鰓足綱、無鰓亞綱和腹毛綱的記載很少。中國有記錄的海洋物種有20278種,其中黃渤海有1140種,東海有4167種,南海有5613種。在中國的海洋生物中,有中國特有或世界罕見的物種。中國豐富的海洋資源不僅在世界上具有重要的自然保護價值,而且是長期開發利用的重要自然資源。在遺傳多樣性方面,海洋生物具有獨特的生活習性,其基因表達產物具有許多特殊的生理活性物質。目前,已從海洋生物中獲得數萬種天然化合物,具有多種藥物、保健、食品和化工產品的開發利用價值。中國海域有四大海洋生態系統,此外還有獨特的海岸生態系統和海島生態系統。從類型上看,主要有濱海濕地生態系統、珊瑚礁生態系統、上升流生態系統和深海生態系統。濱海濕地生態系統主要包括鹽沼生態系統、河口生態系統和紅樹林生態系統,位於海陸相互作用的復雜地帶,生態環境復雜,生物多樣性豐富,生物生產力高,是多種經濟動物的繁殖和棲息地。此外,中國海岸線是東亞候鳥最重要的遷徙路線之壹。珊瑚礁生態系統分布在中國南海。珊瑚礁主要是造礁珊瑚,各種海綿、腔腸動物、軟體動物和甲殼動物組成了壹個復雜而脆弱的生態系統。海洋上升流生態系統位於中國東南沿海。由於底層營養鹽上升,常形成主要漁場,生物多樣性高於鄰近海域。深海生態系統分布在中國東海和南海的海槽或深海盆地,主要包含壹些具有特殊結構的微生物和動物。
3.保護海洋生物多樣性刻不容緩。
由於人類對海洋生物了解不夠,又由於海洋生物資源豐富,被認為可以隨意獲取,所以被大肆破壞,海洋生物多樣性保護研究遠遠落後於陸地20-40年。根據世界糧農組織最近的統計,全球漁業資源的47%被充分捕撈,18%被過度捕撈,9%被完全捕撈。此外,自前工業時代以來,世界上90%的大型食肉魚類已經消失。如此高的開發程度不僅嚴重影響了捕撈物種的數量,也改變了海洋生態系統的物理和營養結構。海洋生物多樣性迅速下降,主要原因如下:1,過度捕撈——目前海洋漁船數量急劇增加,捕撈方式日趨完善,導致漁業資源迅速下降或枯竭,許多優質物種已無法形成捕撈新聞。而且,浪費性捕撈對許多珍稀海洋生物造成了極大的破壞,底拖網、毒魚或炸魚嚴重影響了海洋生態環境;2.棲息地喪失——主要由灘塗圍墾、過度采集海洋生物、海岸工程或人工構築物、航道疏浚等活動造成。這些活動使海洋棲息地完全喪失,海洋生物的正常活動受到嚴重幹擾。比如,我國紅樹林的分布面積因圍墾而減少了2/3,許多洄遊魚類的生活史受到航道工程的影響;3.環境汙染——主要由陸地汙染物排放、直接向海洋傾倒或排放廢物以及海上石油開采或運輸的溢油造成。汙染物使海洋生物中毒或受損,有的影響其正常繁殖或引起有害基因突變;4.生態入侵——隨著遠洋船只搭載或盲目引進外來物種,當地海洋生態系統受到影響,許多原有物種因被排斥而消失。如福建海域發現壹種原產於南美洲的Mytilopsissallei,它占據了沿海基巖和水產養殖設施的表面,不僅使當地附著生物全部消失,而且由於爭奪餌料,導致人工養殖貝類產量減少;5.海水養殖的單壹性——盲目發展的單壹品種海水養殖,不僅占用了大量野生海洋生物的棲息地,而且由於餌料的分解,造成海域富營養化,直至赤潮的發生,導致大量海洋生物死亡。此外,單壹品種的高密度養殖往往會導致大面積病害的流行。
盡管過度捕撈和人類活動對海洋生物多樣性和生態環境的破壞已被廣泛認識和記錄,但對海洋魚類遺傳多樣性的破壞卻在很大程度上被忽視。事實上,即使許多被視為“瀕危”的物種通常也有數百萬個個體,傳統的群體遺傳學理論認為,只有極少數群體可能遭受遺傳多樣性的重大損失。然而,許多海洋物種的遺傳有效種群數量遠小於種群調查數量。有效種群的數量決定了壹個種群的遺傳特征,它不僅受歷史種群瓶頸、遷徙歷史等歷史事件的影響,還受年捕撈強度、繁殖力、種群結構等因素的影響。許多海洋生物中數百萬個個體的群體實際上只有幾百或幾千個有效的重組近交系數目。如果如此低的Ne/N值在海洋物種中廣泛存在,許多被開發的海洋魚類將面臨失去遺傳多樣性的危險,從而導致適應性、種群數量和繁殖能力的下降。
4.保護海洋生物多樣性是海洋生物資源利用和開發可持續發展的前提。
目前,海洋生物多樣性保護逐漸成為國內外研究的熱點,並制定了壹系列政策法規。中國率先簽署了《生物多樣性公約》,並為履行公約編制了《中國生物多樣性保護行動計劃》。作為《聯合國海洋法公約》締約國之壹,中國堅決履行開發、利用和養護管轄海域和公海生物資源的權利和義務。《中國議程21世紀》特別強調“在保持海洋生物多樣性的同時提高沿海居民的生活水平”。中國政府制定了許多保護海洋生物多樣性的法律法規,主要有《海洋環境保護法》、《野生動物保護法》、《漁業法》、《自然保護區條例》、《海洋自然保護區管理辦法》等。此外,在海洋生物多樣性保護和管理的具體方面,制定了《紅樹林生態系統保護和管理辦法》。中國制定了多項海洋生物多樣性保護行動計劃,部分計劃已逐步實施。如《中國海洋議程21世紀》有“海洋生物資源的保護和可持續利用”專章,還編制了《中國海洋生物多樣性保護行動計劃》和《中國濕地保護行動計劃》。
在海洋多樣性調查研究中,我國海洋生物物種的不斷發現與新中國成立後對海洋調查的重視是分不開的。大型海洋綜合調查包括渤海和北黃海西部(1957 ~ 1958)、全國海洋綜合調查(1958 ~ 1960)和南海中部和東北部(1974 ~ 1980)中國海島資源綜合調查(1989 ~ 1980臺灣省也在南沙太平島附近和臺灣省周邊進行了小規模的海洋調查。通過上述工作,極大地豐富了中國海海洋生物的物種多樣性,特別是發現了許多新的物種和記錄,特別是南沙群島屬於印度和馬來西亞地區。近年來,新的物種和記錄相繼被發現。另外,2004年5月20日,18,在北京香山飯店召開了“海洋生物遺傳資源的研究與利用”學術研討會。朱院士作了主題為“海洋生物遺傳資源研究與利用的關鍵問題”的總結報告。2004年4月,第壹次國際海洋生物普查研討會在青島召開,推動了中國海洋生物多樣性的研究。2005年2月17日,在國家海洋局的支持下,中國南海生物多樣性研究項目正式啟動,這將有助於解決南海三亞海洋生物多樣性保護面臨的嚴重危機。
目前,我國魚、蝦、貝等重要海洋經濟動物遺傳多樣性的研究基礎還比較薄弱,與發達國家相比還有很大差距。這方面的研究成果在80年代初才被報道,但大多集中在淡水魚類資源的遺傳結構上。20世紀80年代中後期開始研究海洋魚類(主要是帶魚)的生化分類、生化遺傳結構和變異,而貝類、紅鯛魚等魚類的生化遺傳研究起步較晚,大部分研究工作沒有涉及遺傳多樣性。但這些都是具有重要學術意義和應用價值的著作,對我國經濟發展和社會進步具有重大現實意義,迫切需要迅速開展。
對於遺傳多樣性,首先要考慮種內水平的遺傳變異,也就是說,要考慮同壹物種的亞種內、種群內和種群間豐富的遺傳多樣性。遺傳多樣性主要通過遺傳標記進行分析。遺傳標記可包括形態特征、生理生化特征、染色體核型變異、同工酶變異和DNA序列差異標記,這些標記已不同程度地應用於海洋生物遺傳多樣性的研究。目前,國外學者對海洋生物遺傳多樣性的研究取得了很大進展。研究表明,海洋生物種群結構的遺傳特征受其早期生活史的影響很大。壹方面,海洋生物的群體遺傳結構通常很弱或不明顯,在群體或種群水平上,通常表現為低水平的遺傳分化;另壹方面,海洋生物的群體遺傳多樣性極其豐富。隨著微衛星標記和新的統計方法等壹些高靈敏度分子標記的出現,人們對海洋生物遺傳多樣性特征的認識發生了變化。例如,壹些以前報道的缺乏群體遺傳結構的物種通過使用其他標記,如等位酶或線粒體DNA,已經被重新認識到具有顯著的遺傳異質性。
從目前國內外的研究情況可以看出,如何保護和可持續利用海洋生物多樣性已經成為世界各國學者和各國政府的壹大關註點。中國作為海洋大國,無論從自身利益還是世界和平利益出發,都應該在生物多樣性的研究上投入大量的資金和人力,使其可持續發展。