为什么技术通常无法复制生态系统的“自然服务”

以下内容摘自未来的自然历史：生物学定律告诉我们罗伯·邓恩（Rob Dunn）的人类命运。版权所有©2021。

当我和我的妻子是康涅狄格大学的研究生时，我们过着相对节俭的生活。我们花了什么额外的钱，这些钱花在了尼加拉瓜和玻利维亚的机票上，我们正在进行各自的研究项目。结果，当我们的真空吸尘器破裂时，我就自己修理了它。从表面上看，这是更便宜的解决方案。我将真空吸尘器拆开，没有任何麻烦。我还确定了损坏的部分。然后，在试图取得破碎的部分时，我打破了另一部分。幸运的是，威尔尼马西·康涅狄格州（Willimantic）居住的康涅狄格州（Connecticut）有一家商店，出售了真空吸尘器零件和维修真空的商店。我买了所需的零件并回家，但是即使手头拿着所有零件，我也无法再次将真空吸尘器放回原处。我进行了一次失败的尝试，导致真空吸尘器吸吮空气，但听起来像是垃圾处理。我承认失败，将真空吸尘器带到维修店，倒入一个桶中。主人看着水桶，说道，没有太大的夸张说：“谁试图再次将其放回原处是一个白痴。”为了节省脸，我指责我的邻居，维修店老板说：“您需要告诉邻居，打破某物比将其放回原处更容易。”他可能已经补充说：“尤其是如果您不是专家。”我买了一个新的真空吸尘器。

比起将其重新放回或从头开始重建的东西比生态系统与真空清洁剂一样容易。这是一种非常简单的情绪，这种情绪似乎几乎没有达到规则的水平，更不用说法律了。例如，它比物种地区法更笨拙，它并不像欧文法律那样直接的函数。它也没有与依赖定律相同的普遍性。然而，这有很大的后果。考虑自来水。在脊椎动物将大肚子拖到岸上的头三亿年中，他们在河流，池塘，湖泊和泉水中喝水。大多数时候，水是安全的。但是，有异常的例外。例如，海狸水坝下游的水经常含有寄生虫贾第鞭毛虫。海狸经常居住在海狸中，不知不觉地“为水造成了贡献”，这就是说，海狸污染了他们管理的水系统。但是，只要您不在海狸定居点下游喝酒，在大多数情况下，水中的寄生虫和许多其他健康问题也很少见。然后，就在片刻之前，当人类定居在美索不达米亚和其他地方的大型社区时，他们开始污染自己的水系统，无论是用自己的粪便还是一旦动物被驯化， ，或绵羊。

在那些早期的定居点中，人类“破坏”了他们长期以来依赖的水系统。直到导致大型城市中心（例如在美索不达米亚）的文化过渡之前，寄生虫通过与水中的其他生物竞争并通过较大的生物体捕食来清除水。大多数寄生虫都在下游洗涤，在那里它们被稀释，晒黑，胜任或食用。这些过程发生在湖泊和河流中，但当水从土壤中渗入，然后进入深层含水层时，也发生在地下（它进入了含水层长期以来一直被挖出的含水层）。但是最终，随着人口的增长，他们所依赖的水含有比大自然所能处理的更多的寄生虫。水被寄生虫污染，每当有人服用sip时，它们就会摄入。天然供水系统破裂了。

最初，人类社会以两种方式之一对这种破裂做出了回应。一些社会在知道微生物的存在之前就知道了，粪便污染和疾病已被联系起来，并寻求防止污染的方法。在许多地方，这将管道水的形式带入了来自更偏远地区的城市。但这也可能包括更复杂的粪便处理方法。例如，在古代美索不达米亚，至少存在一些厕所。人们认为，恶魔居住在那些厕所里，也许预先了解粪便寄生虫可能是微生物恶魔（但是，也有一些迹象表明有些人更喜欢在公开场合排便）。然而，更广泛的方法是成功控制粪便口寄生虫的方法，无论他们可能是什么，都将被证明是例外。人们遭受了痛苦，永远不确定为什么，这一现实持续，在不同地区和文化中持续了数千年，从公元前约4000年到1800年代后期，发现被污染的水与疾病之间存在联系在我们现在所知道的霍乱疫情的时候，在伦敦。即使到那时，这一发现最初还是受到怀疑的（粪便口寄生虫仍然是世界上大部分人口的问题），并且要花数十年的时间才能观察到这种污染的实际有机体，即vibrio cholerae，vibrio cholerae被观察到，命名，命名和研究。

一旦很明显，粪便污染可能会导致疾病，就开始实施解决方案，以断开城市粪便的连接。例如，伦敦的浪费从伦敦人喝的水中转移出来。如果您对人类的聪明才智感到自鸣得意，请记住这个故事及其外卖 – 即，直到最早的城市开始后大约九千年才发现饮用水中的粪便才能使他们生病。几乎没有地区，城市周围的天然生态系统的保存是如此之多，以至于可以继续依靠在森林，湖泊和地下含水层中进行的生态过程，以帮助将寄生虫保存在水中。社区保留了生态学家所谓的分水岭中存在的自然生态系统，这是水在某个最终目的地中流过的土地区域。在天然流域中，水从树干中，叶子，土壤，岩石之间，沿河，最终进入湖泊和含水层。在某些地方，分水岭的保护是偶然的，甚至是无意的，这是城市如何成长的特质的结果。在其他地方，这是城市与管道管道之间的距离的结果。从本质上讲，通过将水从很远的地方带走来保持安全。在其他地方，成功来自于在保护计划上进行大量投资，从而确保保护全市森林。例如，纽约市就是这种情况。在所有这些情况下，人们继续从野生自然的寄生虫控制服务中受益，通常不知道自己这样做。

在一些幸运的地区，自然的服务仍然足够完整，足以或几乎足以使饮用水没有寄生虫。然而，更为普遍的故事是一个城市所依赖的水系统不足以保存的故事，或者污染的规模和自然水系统的破坏被证明太大了，对于森林的数量来说太大，河流和保存的湖泊。人口增长和城市化的大幅加速“打破”了许多河流，池塘和含水层，从他们控制寄生虫的能力的角度来看。独立地控制了不同城市供水系统的人们决定，需要在大规模的大规模上处理水，以向城市群众提供无寄生虫的饮用水。（信用：可以通过Adobe股票）

水处理设施开始于1900年代初开发，他们采用了多种技术，这些技术模仿了自然体内的过程。但是他们做得相对粗鲁。他们用过滤器代替了通过沙子和岩石的缓慢运动，河流，湖泊和含水层的竞争和捕食（例如氯）。当水到达房屋时，寄生虫将消失，大部分氯会蒸发。这种方法挽救了数百万的生命，并且仍然是世界上大多数地区的唯一现实方法。现在，我们的许多供水系统，尤其是我们的城市水系统，现在被过于污染，无法依靠未经处理的饮用水。在这种情况下，别无选择，只能治疗水以使其再次安全。

最近，我的合作者诺亚·弗特勒（Noah Futer水处理设施。我们一起专注于一组名为无结局的生物。顾名思义，这些细菌是引起结核病的细菌的亲属。它们也是引起麻风病的细菌的亲属。它们并不像这些寄生虫中的任何一个一样危险，但也不是无害的。在美国和少数其他国家，肺部问题甚至死亡的肺部问题案件数量甚至与死亡有关。我们的研究小组共同了解这些细菌是否倾向于与来自井和其他未经处理的来源的处理厂或水的水有关。

我们的团队通过关注这些微生物经常积聚的栖息地来研究自来水中的微生物。我们在研究淋浴期间的生活中发现的是，在自然溪流或湖泊中并不是很常见的非结核分枝杆菌，即使在被人类废物污染的溪流和湖泊中，在水上治疗厂的水中也更加普遍含有残留氯（或氯胺）的水，旨在防止寄生虫从水处理厂到某人的水龙头。一般来说，水中越氯含量越多，分枝杆菌就越多。为了清楚起见，我再说一遍：这些寄生虫在被治疗以消除寄生虫的水中更为普遍。

当我们氯酸盐水或使用其他类似的杀菌剂时，我们会为许多微生物（包括许多粪便寄生虫）创造一个有毒的环境。这挽救了数百万的生命。但是，这种相同的干预措施也支持另一种寄生虫的持久性，无结核分枝杆菌。非结核分枝杆菌证明对氯相对抗药性。结果，氯化产生了无结核分枝杆菌繁衍生息的条件。作为一个物种，我们将天然生态系统拆除并将其放回原处，比我重新组装真空清洁剂更聪明，但是，尽管如此，但不完美。现在，研究人员正在使用用于治疗水的持续使用器件，包括消除无结核分枝杆菌的水系统的方法。同时，投资于保护森林和供水系统及其服务的城市，因此较少依赖水过滤和氯化（或完全没有），这是令人羡慕的情况，即几乎没有什么遥不可及的菌群。他们的自来水和淋浴喷头。换句话说，他们要解决的问题要少。

数亿年，动物一直依靠自然服务来减少供水中的寄生虫的丰富性。人类在生产大量的身体污染物并广泛传播它们时，使水生生态系统提供这些服务的能力不堪重负。然后，我们发明了水处理厂来代替水生生态系统的自然服务。但是，这样做，我们创建了一个有效的系统，但尽管投资巨大，但没有做自然而然的事情所做的所有事情。重新创造中已经失去了一些东西。在某种程度上，问题是规模之一（大加速度导致了人类在全球产生的粪便的巨大加速），但这也是我们理解的问题。我们还不知道森林生态系统如何执行他们的服务，例如与寄生虫种群进行检查有关的服务。我们也不完全了解他们执行这些服务以及不执行这些服务的情况。结果，当我们寻求设计并重新创建这些生态系统的简单版本时，我们总是会犯错误。

值得注意的是，我没有提出争论，即保存自然要比重建自然更便宜。大型文献考虑了这种经济问题，衡量了（1）节省分水岭有多么昂贵，（2）该流域提供的服务的净价值以及（3）负面的长期“外部性” ”与依靠水处理设施而不是保护流域有关。外部性是资本主义经济体倾向于忘记进入计算的那些成本，例如污染和碳排放。在某些情况下，实际上，自然生态系统提供的生态系统服务比其替代品更经济。在其他情况下，事实并非如此。但这并不是我的重点。相反，即使在最经济的（无论如何）解决方案的情况下，即使技术替换技术的自然生态系统，也倾向于产生这些自然系统的复制品缺少零件，更普遍地行动“喜欢”自然系统，但不是自然系统。