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“区种瓜…又可种小豆子瓜中，亩四五升，其藿可卖。此法宜平地，瓜收亩万钱。”
这是一段来自西汉晚期氾胜之汇录的农学著作《氾胜之书》中的文字，它描述了我国古代劳动人民以聪明的才智不断创新种植方式的做法。在种瓜的同时，将豆子以一定的密度种植于瓜田中，不仅可以获得较好的收成，最终还能够增加收入。这段文字被认为是我国较早描述农作物“间作”的内容，说明2000年前的古代先民就已经在实践中学会利用物种间的相互作用关系实现增产增收。
所谓“间作”，是指在同一田地上于同一生长期内，分行或分带相间种植两种或两种以上作物的种植方式。到南北朝时期，《齐民要术》已经叙述了桑与绿豆或小豆间作的经验。及至明清时期，豆与麦间作、棉与薯间作，甚至是林木与粮食间作已变得极为盛行。间作能够带来增产的原因有多个方面，包括不同的作物可能利用不同深度的养分，或者是不同作物能够相互配合以最大化地吸收光照。除此之外，不同作物之间通过隔离等方式，阻碍病原菌的传播也是其中的重要机制。
如同人类一样，动物和植物也都会患病，病原菌是导致人类、动物和植物患病的罪魁祸首之一。然而，并不是每种病原菌都可以感染全部生物，实际上，病原菌都是有一定的宿主范围的。例如，引起非典型肺炎的SARS病毒可以感染中华菊头蝠、果子狸和人类，但是却无法导致植物患病；而植物的锈病菌也无法侵染各类动物。一般而言，病原菌的宿主范围往往与宿主生物的亲缘关系息息相关，通常只会侵染某几种或者某一类亲缘关系较近的宿主；前述的SARS病毒主要侵染哺乳动物。因此，在农业生产中将亲缘关系较远的作物种植在一起，就能够使病原菌难以在不同作物之间快速传播，进而能够通过抑制植物病害发生的方式提高作物产量。
伴随着近年来研究技术的不断突破，间作使得作物增产的效应逐渐被阐述清楚：单一种植作物往往会导致病原菌的快速积累，进而抑制其产量；而多种作物间作在一起，能够在不改变作物总密度的情况下，有效地降低某种作物的密度，进而使得具有一定宿主专一性的病原菌较难在不同的个体间传播。这类来自农业生态系统中的证据，与许多来自自然生态系统中的案例一道，提醒我们生物多样性可能通过抑制病原菌传播的方式，维护着人类和整个生态系统的健康。
随着越来越多生物多样性抑制病原菌传播的案例被报道，这类现象也被生态学家归纳为“稀释效应”，并由此成为了疾病生态学———这门生态学中新兴学科的重要研究方向。产生“稀释效应”的原因有两个，第一，是所谓的“易感宿主管制”。如果群落所能够容纳的宿主生物个体有限，那么随着群落中宿主生物多样性的增加，每种宿主的个数则会降低。例如，群落A中，物种1和物种2各有3株，共计6株；而群落B中，只有物种1的6株。虽然两个群落所能够容纳的个体都是6株，但是对于群落A，每个物种均只有3株，其密度相对较低。在这种情况下，病原菌在同种宿主不同个体之间进行传播往往较为困难，因为病原菌的传播往往依赖于宿主个体之间的距离，如果宿主个体之间的距离较远，则病原菌传播扩散成功的概率也往往较低。第二，是所谓的“相遇率降低”。以间种为例，即使某种作物在间种和单种情况下其种植密度保持不变，但是在间种情景下，同种植株之间又种植了一排另一种作物，这导致具有一定专一性的病原菌在同种植株之间进行传播时受到了阻碍。土传病原菌可能被吸附，进而被“浪费”在了非目标宿主的作物根系上；通过空气传播的病原菌也可能被非目标宿主作物的叶片阻碍，或者通过吸附的作用也被“浪费”掉。
“稀释效应”还被应用于防治人畜共患病，进而保护人类的健康。疟疾是被按蚊叮咬而感染疟原虫所引起的虫媒传染病。科学家屠呦呦先生就是凭借发现抵抗疟疾的特效药青蒿素而获得的诺贝尔生理学或医学奖。没有青蒿素和金鸡纳霜等特效药物的年代，在疟原虫施虐的地方，人类又是如何发挥聪明才智抗击疟疾的呢？在中世纪的意大利北部，流传着一种简单而又高效的抗疟方法。当地的人们在自己的居住地附近圈养猪、牛、羊等家畜。这些家畜与人类同属哺乳动物，同样会被按蚊叮咬，也会被传染疟原虫。在人类居住地附近出现的大量猪、牛、羊等家畜成为按蚊叮咬的主要目标，吸引了按蚊的大量“火力”，而人类则在此过程中受到了保护。这种做法的原理是清晰明了的，假设当地的按蚊每天都需要叮咬1次才能够“吃饱”，如果该地区只居住有1个人而没有其他能够被按蚊叮咬的动物，那么这1次叮咬可能都会发生在这1个人身上。但如果在他的周围养殖有3头猪、3头牛和3只羊，那么这个人被叮咬的概率很有可能降低到原来的十分之一。这种借助家畜的力量防治传染病的方法被称为家畜诱蚊预防法，这也被视为动物预防的先河。类似的例子在人类历史的长河中不胜枚举，保护了无数人的生命健康。
“稀释效应”在动物世界中被应用的案例也有很多。两栖类动物面临寄生虫病的很大威胁，近年来有研究表明：通过大范围的野外调查，那些两栖类动物多样性较低的湖泊中，其寄生虫病的总体发生率较高；而两栖类动物多样性较高的湖泊中寄生虫病的总体发生率就较低。很显然，这是符合“稀释效应”的。然而，进一步的研究却证实：寄生虫对两栖类动物的感染并不具有相对专一性，也就是说，寄生虫可以侵染所有的两栖类动物。那么在这样的体系中，“稀释效应”又是如何发生的呢？
研究人员发现，虽然寄生虫可以侵染所有的两栖类动物，但是，不同种类的两栖动物面对寄生虫侵染时的响应是各不相同的。寄生虫能够在一些种类的两栖动物体内快速而大量繁殖，形成寄生虫扩张的“培养基”；而对于另外一些种类的两栖动物而言，虽然寄生虫能够对其感染，但是寄生虫却不能很好地在其体内繁殖。更有意思的是，那些容易形成寄生虫扩张的“培养基”的两栖动物往往在各类湖泊中无处不在，而寄生虫较难在其体内生长繁殖的两栖动物则往往只存在于两栖动物多样性较高的湖泊中。产生这种现象的原因主要是不同种类的两栖动物之间往往存在着生长与防御能力之间的权衡。也就是说，如果某种动物将其有限的资源投入到生长中，自然能够提高其与其他同一营养级物种的竞争能力，也能够更加容易地通过拓殖扩散到更多地生境中。但是，因为资源往往是有限的，这些种类的动物既然将“技能树”点在了竞争能力上，那么其对寄生虫的防御能力则往往较低，因此容易成为寄生虫扩张的“培养基”。正所谓“鱼与熊掌不可兼得”。与之相对应地，那些把“技能树”点在了防御能力上的动物，虽然不会成为寄生虫的“培养基”，但是，其竞争和扩散能力往往较弱，因此只能在较为有限的生境中分布。这就导致了自然生态系统中一种现象的存在：高多样性的群落中往往有较多防御能力较强的物种，进而对寄生虫形成抵抗地；但是低多样性的群落中往往充斥着寄生虫“培养基”。
这不禁提醒我们要特别重视自然界中生物多样性的保护，因为生物之间往往存在着这类竞争/扩散能力与防御能力之间的权衡，所以那些容易在生物多样性丧失的过程中丢失的物种，往往是在千百万年进化中保留下来的防御能力较强的物种，是人类乃至整个生态系统抵抗病原菌的第一道防线。如果某个地区的生物多样性出现了丧失，丢失了这些“健康屏障物种”，那么其对动植物乃至人类健康的危害都是巨大且不可逆的。换句话说，最宝贵的东西往往最脆弱。
生物多样性通过“稀释效应”保护人类和生态系统健康的案例还有很多，在西尼罗河病毒和莱姆病等多种人畜共患病体系中均有发现；同时，在植物与大麦黄矮病毒，植物与叶片真菌病害等体系中，也同样有“稀释效应”的存在。在气候变化和人类活动加剧的大背景下，地球的生物多样性正面临着前所未有的威胁。气候变暖使得很多原本被封存于冰川、冻土中的病原微生物重新复活，这可能会给包括人类在内的动植物带来潜在威胁。而为我们人类的健康坚守在第一线的，正是那些经过千百万年的进化而形成的生物多样性宝库。因此，我们更应该倍加珍惜生物多样性，因为保护生物多样性其实就是在保护我们自己的家园。
（作者：刘向，生态学院青年研究员）
《兰州大学报》1057期03版
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