复旦大学与生物多样性科学

复旦大学与生物多样性科学

复旦大学与生物多样性科学^[1]

——《生物多样性信息管理概论》代序

1996年我国第一个从事生物多样性研究的专门机构——复旦大学生物多样性科学研究所（Institute of Biodiversity Science at Fudan University，IBSFU）成立。复旦大学就是这样一所奇特的大学，能敏锐地把握学科发展的脉搏，对原有专业进行战略性调整，并采取果断、有效的措施推动新兴学科的发展，占领学科的制高点。

生物多样性是地球演化的独特产物，对地球生命维持系统起着极为重要的作用，因此是人类赖以生存和发展的基础。近十年来，生物多样性已在世界范围内受到各国政府、科学界和公众的广泛重视，主要基于三方面的原因：第一，生物多样性是一种战略性资源，与一个区域、一个国家乃至全球经济发展密切相关。据估计，全球生物多样性（主要以生态服务功能估算）的价值约为33万亿美元/年（Costanza et al．，1997）；中国约为1万亿美元/年（陈仲新、张新时，2000）至4．6万亿美元/年（据《中国生物多样性国情研究报告》，1998）。生物多样性所蕴藏的巨大价值尤其为众多发展中国家的经济起飞奠定了物质基础。第二，事关国家安全。鉴于国家间生物多样性资源与经济实力的不平衡性，某些发达国家通过种种手段掠取发展中国家的生物多样性资源（特别是基因资源）的现象已屡见不鲜。WRI、IUCN、UNEP三个国际性权威机构共同出版的《全球生物多样性策略——拯救、研究和持续、公平地利用地球生物资源的行动纲领》一书中指出：“一个安全的国家不仅意味着一个强大的国家，还意味着有一个健康和受过良好教育的大众和一个健康、富饶的环境。那些重视生物多样性及其作用的国家将具有最强大的国家安全。”“生物多样性的最大价值可能还在于为人类提供适应当地和全球变化的机会。”因而，从国家安全的角度来有效地保护本国生物多样性资源已经成为世界各国的紧迫任务。第三，由于生态环境恶化造成生物多样性锐减已是人类共同面临的威胁。据Wilson（1985，1988）估计，人类干扰造成的物种灭绝速度比自然灭绝速度快一百倍至几百倍。同时，一个物种的灭绝还可能影响约50个物种的生存，而造成物种濒危的最主要原因是其适宜生境的消失。在某些地区，这一状况因人类活动频繁和经济畸形发展而愈加突出。

中国是世界上少数几个拥有巨大生物多样性（mega－biodiversity）的国家之一，生物物种占全球物种总数的10%～14%，生态系统类型极为多样，而且由于生境多样、民族众多、历史悠久，已培育了大量的栽培植物和家养动物的地方品种，因此种质资源丰富。作为人口最多的发展中国家和农业大国，中国的经济持续发展与民族兴衰比世界上任何其他国家都更依赖于生物多样性资源。然而，巨大的人口压力、经济的高速发展、对资源需求量的日益增加和利用不当，使我国的生物多样性受到极为严重的威胁：受威胁的物种百分比数高于全球5至7个百分点；森林面积急剧减少，覆盖率仅为13．92%，为全球平均数的1/2；草场退化严重，50%退化，25%严重退化；水体污染达80%以上，不少水生生态系统濒于瓦解；农家品种和野生近缘种的遗传资源大量丧失；等等。如何有效地保护和持续利用生物多样性资源已成为我国当前急需解决的重大问题。同时，Nature、Science上有关生物多样性的文献剧增，表明生物多样性科学已成为当今科学界关注的重大领域之一。在这种背景下，复旦大学在我国率先成立了以生物多样性为主要研究对象的专门机构和教学基地。

尽管提出“生物多样性科学”（biodiversity science）术语还不到5年时间，但有关生物多样性的研究却有数百年历史。早期作出贡献的学科是系统学，它通过分类、命名和建立分类系统，对全球有机体多样性进行编目和管理，其实质是为生物多样性建立一个信息存取系统，国际著名生物学家P．Raven恰如其分地指出，“系统学可用来图解地球上生命的多样性”。随后作出重要贡献的是以遗传学为基础的进化生物学，20世纪中叶综合进化论对物种形成与进化机制做了大量研究，也正如P．Raven所说，“物种形成的研究是进化生物学最重要的领域之一，与我们对过去、现在和将来生物多样性起源的认识有直接关系”，而“进化机制则提供了理解地球上生命惊人的多样性的钥匙”。以生态系统为标志的生态学将“生物多样性的生态系统功能”这一最核心科学问题最终揭示在我们面前。

复旦大学的生命科学学院历史上曾在系统学、进化生物学和生态学诸学科上有过杰出的成就，一批与生物多样性研究有关的著名专家在复旦生物学系曾执教，例如钱崇澍（生态学、植物学）、伍献文（鱼类学）、谈家桢（进化生物学、遗传学）、刘建康（水生生态学）、张孟闻（动物学）、忻介六（昆虫学）、曲仲湘（生态学）、王凯基（植物学）、王鸣岐（病毒学）、黄文几（动物生态学）、周纪伦（种群生态学）、徐炳声（分类与进化）等等；学生们在这些学科上有过良好的训练并往往产生浓厚的兴趣。新中国成立后，我校培养了一批优秀人才，目前活跃在高校、中科院系统的生物多样性领域的著名学者大多是复旦大学毕业生，例如钱迎倩（中科院生物多样性委员会原常务副主任，《生物多样性》原主编）、陈灵芝（生态学家，《中国的生物多样性》主编）、洪德元（院士、生物多样性领域“973”项目首席科学家）、汪松（濒危动物保护生物学家）、施立明（院士、进化生物学家）、金鉴明（院士、国家环保局原副局长，生物多样性领域重大项目主持人）、李典谟（生态学家）、陈家宽（保护生物学家，教育部生物多样性协调委员会原主任）、张亚平（国家杰出青年基金获得者，进化生物学家）……但后来复旦大学像其他著名大学一样，由于分子生物学等微观生物学成为大学发展的首选学科，因而使宏观生物学一蹶不振，造成了大学生命科学结构的不合理。复旦大学最先意识到这一点，并开始在宏观生物学进行战略布局。

1996年，在吴千红教授推动下成立生物多样性科学研究所，选定生物多样性为宏观生物学的研究对象。

1997年，引进陈家宽主持研究所工作，负责学科、队伍和实验室建设。

1998年，从事小麦分子进化研究的张文驹和从事生物多样性数据库建设的赵斌来到复旦，分别负责“遗传多样性与进化实验室”和“网络与地理信息系统实验室”建设。赵斌建立了我国高校第一个生物多样性网站和生物多样性数据库。

1999年，学校打破常规让当时只有硕士点的生态学科申请“长江特聘教授”生态学岗位，并获教育部批准。

2000年，与北京师范大学联合申报“生物多样性与生态工程教育部重点实验室”，并获批准；批准生态学为校重点学科；在一个学科点上同时引进3位中青年杰出人才：卢宝荣（时任菲律宾国际水稻研究所资深种质专家）、钟扬（时任中科院武汉植物研究所副所长，分子进化、生物信息学专家）、李博（时任日本国立农业研究中心研究员，种群生态学家）。

2001年，一批现代化实验室全部建成；卢宝荣获国家杰出青年基金项目；研究所研究经费、SCI论文和人才培养数进入快速增长期。

特别值得一提的是研究所利用申报国家重点学科的机会对本所的发展方向进行长达半年的讨论，其结果对复旦大学宏观生物学特别是在生物多样性领域里中长期发展有重要影响。

当时，讨论解决了两大问题。

一、研究方向

1．生物多样性科学的理论与方法

主要研究生物多样性发生、维持与丧失的机制和生物多样性的生态系统功能，并对其进行保护和持续利用。本方向所做的工作以长江河口湾和长江中游“两湖”湿地的两个具有国际意义的生态区、功能群、关键种和濒危种为研究对象，理论研究聚焦在生物多样性的丧失和维持机制、生物多样性的生态系统功能两个基本科学问题上，方法研究聚焦在与理论研究相关的生物多样性信息学的关键技术上。该方向的特色是利用具有国际意义的生态区作为研究重要科学问题的模式地（具有正在快速演替和结构相对简单等特征）；研究类群（线虫、洄游性鱼类和大型迁徙鸟类）具有研究生物多样性丧失与维持、生物多样性的生态系统功能的理想的、可操作的生物学特征；主要通过研究种群生活史对策、生态区与生境变化间的关系解决科学问题；将理论研究与方法论相结合，并与本学科点的其他3个方向密切呼应，互为基础。

2．种群与进化生态

主要研究种群的大小及决定其大小的生物学过程，以及物种的适应性起源及其机制，选取若干有害外来种为研究对象，在种群水平上探讨其对入侵生境的适应、与土著种之间的生态关系（如竞争、捕食、寄生和互生）的性质，以及不同性质的种间关系在外来种入侵中的相对作用，揭示其对入侵环境的适应性进化及其机制，以及对土著生物多样性及其生态系统的影响，从而为有害外来种的控制和管理提供科学依据；选取若干重要生态类群或功能群，将传统的比较生物学方法与现代的发育与分子生物学手段相结合，着重研究这些类群的进化形式、速率和方向以及选择压力，进而揭示其对特殊环境的适应性进化及机制。该方向的特色是以多重营养级种间生态关系为核心，探讨有害外来种入侵的种群生态过程和对入侵生境的适应进化及其机制，并分离不同性质种间关系在生态入侵中的相对重要性；通过解决我国面临的某些重要生态环境问题，促进本学科的发展；将分子进化与植物的特殊地理分布式样以及生态适应性状的进化相结合，探讨重要生态类群的系统发育与分子进化。

3．基因多样性与生物安全

主要研究基因水平上的遗传多样性，具体指功能基因的变异体与变化潜能。基因多样性在塑造新型生物中具有重要价值。生物安全是指生物技术从研究、开发、生产到实际应用整个过程中有关人类健康与环境安全的问题。本方向利用模式种技术平台，研究农作物野生近缘种基因资源的可持续和安全利用，包括水稻、小麦及大豆野生近缘种基因多样性的丰度、空间格局，遗传资源的有效保护对策；水稻抗逆和品质相关基因资源的发掘、克隆和安全利用技术平台的构建；转基因水稻和大豆环境释放后的生态安全问题。该方向的特色是将分子生物学方法和3S技术相结合，研究基因多样性空间分布式样；挖掘野生稻特有基因资源，并创建外源基因安全表达体系的技术平台；通过自然种群的定位观察和人工种群的实验验证，评估转基因作物释放后的生态风险。

4．城市生态与生态经济

结合我国城市化进程的特点和生态建设的实际需要，主要研究城市生态系统结构、功能以及可持续发展的调控机理，逐步建立与完善城市生态规划的理论体系、工作方法与计算程序；以城乡复合生态经济系统为对象，以循环经济为重点，探讨城市产业可持续发展的生态经济学理论和方法，重点开展生态经济综合评价、生态资产评估、生态系统服务功能研究和环境损益与投入产出分析等。该方向以我国大中城市的生态建设、生态调控和区域经济发展对策及与国际城市的比较为研究特色，将理论与应用实践相结合；在规划方法与技术手段上，强调从生态监测、生态评价以及3S技术的结合与创新；研究以沿海沿江城市为代表的城市生态安全格局，重点为城市土地利用的生态后果、环境容量与生态调控对策；将理论探讨和案例研究相结合，开展以轿车、钢铁制造业、绿色环保材料为主的产业生态系统生命周期评价与生态设计；将生态学的研究方法和经济学价值分析相结合，突出以大中城市城乡复合系统的生态经济政策分析，城乡社会、经济、自然一体化的政策框架和规划方法研究。

二、主要目标、思路和预期成效

主要目标是再通过5年努力，将复旦大学宏观生物学科点建设成为有较大国际影响的科研中心与人才培养基地。同时，为解决我国长江中下游流域和沿海地区生态建设中的重大问题提供科学依据与技术支撑。实现上述目标的主要思路是：以“生物多样性与生态工程教育部重点实验室”为依托，以队伍建设为基础，利用区域特点与学科交叉优势，选择若干生态学前沿领域为主攻方向，争取在生物多样性的理论、方法与应用方面有重大突破，跻身于国际生态学研究的先进行列。预期成效是在国际重要学术刊物上发表具有原创性的研究成果；为国家输送一批优秀的生态学博士后和博士；解决我国区域生态建设中的若干重大科学问题。力争在不远的将来，将复旦大学的生态学科点建设成国际一流的科研中心与人才培养基地。

复旦大学生物多样性科学研究所只有短短5年的历史，我是这一历史的见证人。我想这段历史对其他学校发展宏观生物学也许有一定借鉴意义。

最后，读者也许会问，研究所建立之初为何这么重视生物多样性信息管理？为何在研究方向上特别提到生物多样性信息学？主要原因是我们已经意识到海量的生物多样性信息只有进行有效管理才可能成为资源；谁在生物多样性信息管理学上领先才有可能在基础与应用研究上领先。另一个原因是钟扬擅长于生物信息学的理论研究，赵斌擅长于信息管理的技术。

我还要向该书的作者——赵斌表示感谢。他离开中国去日本广岛大学攻读博士学位时，留给研究所里的是让国内外著名大学的来访者都惊讶不已的由他一手建立的复旦大学生物多样性科学研究所的网站、上海市生物多样性数据库以及现代化的实验室，又有谁会想到他刚到复旦大学工作时所里几乎什么条件都没有！为了建实验室，赵斌已无暇做研究、写论文了。《生物多样性信息系统管理概论》一书是这两年中唯一属于他个人的研究成果。我虽深知生物多样性信息管理的重要，但对该项工作的理论与方法一窍不通，因此对赵斌的实际工作与书的写作无法起指导作用。因此，我对该书初稿的“审阅”还不如说“学习”更为准确。通读该书使我感到赵斌的确阅读了大量文献，并结合他自己的工作经验写出了一本逻辑结构清晰、概念正确、文字流畅又十分实用的著作，对研究生以及从事该领域的研究、管理和立法人员有重要的参考价值。当然，由于他毕竟涉足该领域的时间有限，书中问题会不少，尚需读者批评指正。

借赵斌该书出版之际，特撰写此序，对曾为复旦大学生物多样性科学研究所建设做出贡献的各位同仁表达谢意。

作者后记

赵斌就读于南京大学环境科学系，毕业后在水利部水库渔业研究所工作，后又师从蔡庆华博士，从事数学生态学研究。1998年硕士生毕业后来到复旦大学，协助我开拓生物多样性信息管理方向的工作，并负责有关实验室建设。由于其研究方向不断变化，又每到一处都要肩负实验室建设工作，他一直难以进行系统、深入的研究。对这种局面我负有一定责任。2000年我下定决心让他到日本广岛大学攻读博士学位，导师是著名景观生态学家中越教授。2003年他获得博士学位，学位论文评为优秀，并按我的要求回国工作。在日本广岛的三年中无疑让他静下心来在景观生态学上得到深造，从此他也步入了科学研究的正轨，近两年来有了长足进步。回想起来，我们在使用青年教师时应当注重培养他们，给一段时间让他们静下心来做精深的研究。如果赵斌当时不去广岛大学绝不可能有今天的进步。这篇文章作为《生物多样性信息管理概论》的序，实际上是我个人对他早期为复旦大学做出无私贡献的肯定和鼓励。

【注释】

[1]刊于赵斌主编的《生物多样性信息管理概论》（四川教育出版社，2002年）。