问题

本来食物链越往高层对应的生物数越少,但人类数量如此庞大是否早已超过了地球的承受上限?

回答
这个问题触及到了一个非常宏大且复杂的核心议题:人类的扩张是否已经突破了地球的承载能力。乍一看,这似乎与我们从小学习的食物链理论有所冲突,因为通常来说,处于食物链顶端的生物个体数量最少。但人类的情况远比这要复杂得多,我们是地球上独一无二的物种,我们改变环境的能力远超其他任何生物。

首先,我们得理解“食物链”这个概念在人类身上的特殊性。确实,在自然界,能量的传递是逐级递减的,这意味着要维持一个高等级的捕食者群体,需要数量庞大得多的低等级生物作为食物来源。比如,要养活一群狮子,就需要成千上万的羚羊,而要养活羚羊,则需要更广袤的草原和更多的植物。

但人类的厉害之处在于,我们打破了这个“自然”的食物链规则。我们不是单纯地依赖某个特定层级的生物作为食物,而是通过我们无与伦比的智慧和技术,将自己从一个相对“脆弱”的顶级捕食者,变成了能够大规模改造生态系统的“塑造者”。

具体来说,人类是如何做到这一点的?

1. 农业革命与驯化: 这是人类数量爆炸式增长的起点。我们不再仅仅依赖狩猎和采集,而是开始主动种植农作物和驯养动物。这意味着我们能有计划、有规模地生产食物,极大地提高了食物的获取效率和稳定性。我们实际上是将原本分散在广阔区域的能量,集中起来,以一种我们更容易消化和利用的形式存在。我们通过选择性育种,不断优化我们所食用的动植物,使它们产量更高、生长更快。

2. 工业革命与技术进步: 工业革命带来的技术进步,从化肥、农药的使用到交通运输、储藏技术的发展,进一步解放了农业生产力。化肥的出现让土地产出翻倍,农药控制了病虫害,冷藏和运输技术使得食物可以跨越地理障碍,运送到需要的地方。这些都使得我们能够喂养比以往任何时候都多得多的个体。

3. 医疗卫生与寿命延长: 现代医学的进步,尤其是抗生素、疫苗的普及,以及公共卫生条件的改善,极大地降低了死亡率,特别是婴幼儿死亡率。同时,人类的平均寿命也显著延长。这意味着更多的人能够存活下来,并进入生育年龄,进一步推动了人口的增长。

那么,“地球的承受上限”又是怎么一回事呢?

“承受上限”这个概念,在讨论人类数量时,通常指向的是“地球生态系统能够持续提供我们所需的资源(食物、水、能源、原材料等),并且能够吸收和处理我们产生的废物(污染、温室气体等)的能力”。这是一种动态的概念,它受到多种因素的影响:

资源的可获取性与可持续性: 我们现在消耗的资源,很多是不可再生的(如化石燃料),或者可再生的但消耗速度远超再生速度(如淡水、某些森林)。如果我们消耗的速度超过了自然更新的速度,就是在透支未来。
环境的净化能力: 地球有一定的自我净化能力,比如吸收二氧化碳。但当排放量远远超过这个能力时,就会导致气候变化、海洋酸化等问题。污染物的累积也会对生物圈造成严重破坏。
生物多样性的丧失: 人类活动,如栖息地破坏、过度捕捞、污染等,正在以前所未有的速度导致生物多样性丧失。而生物多样性是维持生态系统稳定性和提供各种生态服务的基础。一个物种的灭绝,可能引发一系列连锁反应。
公平与分配问题: 即便地球能够理论上支持现有的几十亿人口,但资源的分配却极不均衡。很多人生活在贫困线以下,缺乏基本的生活资源,而另一部分人则过度消耗。

所以,人类的数量是否已经超过了地球的承载上限?

这个问题没有一个简单的数字答案,因为它取决于我们如何定义“承载能力”以及以何种生活方式来衡量。

从简单的食物链逻辑看: 是的,人类凭借技术已经远远“甩开”了传统的食物链限制,从这个意义上说,我们“数量庞大”并没有直接导致我们因为食物短缺而自然减少。
从可持续发展的角度看: 很多人类学家、生态学家、经济学家认为,以我们目前的生活方式和资源消耗模式,全球人口数量很可能已经接近甚至正在超越地球的长期承载能力。我们正在过度开发、污染环境、消耗不可再生资源,这无疑是在挤压地球的未来。我们正在以一种非可持续的方式生存。
关键在于“生活方式”: 如果所有人都能像某些高福利、低消耗国家那样生活,地球或许还能支持更多的人口。但如果所有人都要追求发达国家那样的高消费生活方式,那地球是远远不够的。我们消耗的资源越多,对地球的压力就越大。

更准确地说,人类的数量和我们的活动方式共同构成了对地球的压力。我们不是单纯的“食物链顶端”数量少的物种,我们是“改变者”。我们利用技术来绕过自然限制,但这种绕过往往是以牺牲环境的长期健康为代价的。我们生产了过多的温室气体,破坏了植被,污染了水和土壤,这些都在损害地球为包括我们在内的所有生命提供生存基础的能力。

所以,问题的核心不在于“我们吃了多少东西”,而在于“我们如何获取这些东西,以及我们如何处理我们的副产品”。我们的数量加上我们惊人的消费能力和对环境的改造能力,才是对地球承载能力最严峻的考验。与其说我们“超过了上限”,不如说我们正在“以一种不可持续的方式逼近或已经越过了”一个临界点,这个临界点意味着地球的生态系统将难以在未来长期稳定地支撑人类文明的繁荣。这是一种对我们自身未来的严重警告。

网友意见

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这话说的,人类纵然在某些食物链是最高层,但你在某些食物链你就是第1层啊,你不是还吃素吃草的吗?如果人只吃牛别的不吃,那你看人的数量我能有多少?

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虽然人类有吃垮地球食物链的能力,但远不至于超过地球承受上限。


人类碳总量是0.06 GT C,也即6000万吨碳总量[1]

而所有野生哺乳动物的碳总量为0.007 GT C,不到人类碳总量的1/8。

如果全人类,专吃野生动物。不考虑捕捉难度的话,相当于平均每个人分七八公斤的肉。

纯肉食的情况下,最多5~10天的量。

也就是说,全人类可以仅仅只用5天的时间,就吃掉全球所有的野生哺乳动物。

所以,单纯的地球食物链,还真的承担不起人类的食用。

这也是,题主理所当然认为人类可能已经超过地球容量上限的原因。

但是,人类早就超脱除了生物学的食物链意义之外。

人类是杂食动物,除了吃粮食素菜外,还养殖了高达0.1 GT C的家畜。

无论家畜中的哺乳动物还是禽类的碳总量,都远远高于哺乳动物和鸟类,它们是野生兽禽碳总量的11倍

这么多的家畜,也只够小部分人类食用,以及生产奶制品,或者一些肉类工业品。

人类需要再多养殖10倍的兽禽,才能足够全人类纯肉食食用。如果是野生哺乳动物动物,则需要高达143倍。考虑到不少野生哺乳动物的生殖周期过长,实际可能高达300倍。

既然人类吃的能力这么恐怖,为什么还说不至于达到地球承受极限呢?

这是因为,哺乳动物其实只占地球生物总量的很小部分。

为地球上的生产者占大头,植物的碳总量高达450 GT C。

而所有动物的碳总量是2GT C,只占植物碳总量的0.44%。按照能级来算,大约只有2.2%的植物,参与动物的食物链碳循环。

植物的绝大部分碳总量,实际提供给了分解者。细菌的碳总量高大70 GT C,真菌也有12 GT C,前者是人类的1167倍,后者是人类的200倍。

而营养复杂多样的单细胞真核生物,也有4GT C的碳总量,是人类的67倍。

人类曾经不甚了解的古细,碳总量也有8GT C,是人类的133倍。

就连病毒也有0.2GT C的碳总量,是人类碳总量的3倍。

我们的注意力总是在动物们身上,所以产生了动物很多的错觉。

甚至,我们在哺乳动物上的注意力也高于其它动物,也便有了哺乳动物很多的错觉。

实际野生哺乳动物的总碳量,甚至只有白蚁的十分之一。

在动物中,碳总量最高的是节肢动物1GT C(人类的17倍,其中昆虫就有0.9GTC,是人类的15倍)。

鱼类碳总量0.7GT C,是野生哺乳动物碳总量的100倍;

环节和软体动物0.2GT C,野生哺乳动物的30倍;

哪怕线虫的碳总量,都有野生哺乳动物的3倍。

其实如果人类不嫌弃的话,工业养殖昆虫,可以轻而易举地养活当前的所有人类。

如果要谈营养的话,人类的营养级是2.21[2],与猪的营养级相当。

在未来食品工业达到一定的地步,可以打造完美的植物来源的人造肉,人类营养级再降低也不是不可能。

当然,由于人口众多,人类即便只有2.2的营养级,所拿来直接或者间接(畜牧所用)食用的植物,也有0.4~1GT C。

那么,如果人类的综合营养级和虎鲸一样,会怎么样呢?

以当前人类的人口,达到5.5营养级,不仅所有动物不够吃。

哪怕即便够吃,所需要的植物,可高达2000GT C。大约需要4个地球的植物,才能供养这么多的绝对顶级掠食的人类。

考虑到动物食物链,那么则需要100个地球来供养。

那么,如果人类继续保持2.21的营养级,以地球的生物碳含量,可以容纳多少的总人口呢?

通过营养传递,预估,如果能用上所有动物食物链涉及的植物碳量,所能容纳的人口为2000亿。

如果能用上所有植物碳总量,大约能容纳50万亿的人口(相当于每100平方米分布四个人)。

当然,按照当前人类的科技实力(食物加工水平),预估人口的最高上限是1000亿人(达到节肢动物的总碳循环量)

如果在加工植物的技术方面,在未来没有足够大的突破,人口是很难突破这个上限的。

到时候,如果已经拥有星际殖民的实力,倒算万幸。如果不能,当地球因人口过载而崩溃时,地球上可能发生的事情,会无法想象……


总的来说,当前的人类和所有的动物,想要吃光植物,还差得很远。

如果所有真菌能加工食用的话,都足够支撑当前所有动物的食物链了,甚至都不需要细菌出马。

参考

  1. ^ https://www.sciencemag.org/news/2018/05/plants-outweigh-all-other-life-earth
  2. ^ 科技日报:科学家首次计算出人类营养等级

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