来不及等地球恢复正常,小动物已经先“进化”了

文摘   2024-11-23 11:00   北京  




在一般印象中,生物的“进化”往往是在漫长的年月中缓慢变化的进程。像是植物破土而出时,只有在延时摄影中才能观测到整个过程——但是时候打破这个刻板印象了。


因为全球变暖,许多小动物已经“进化”了。


在美国,随着气候变化导致全球气温升高,突发的自然灾害如野火变得更常见、更猛烈,持续时间也更长,科学家发现,生活在灾害频发的地区的动物发展出了独特的逃生技能。


根据美国国家机构间协调中心(NICC)统计,美国平均每年发生 6.1万起野火,近年平均次数增加至 6.8 万。


蜥蜴对火燃烧的声音很敏感,一旦它们听见火声,就会灌木丛里迅速逃窜到岩缝中躲起来。2018 年一篇发表在《动物学杂志》上的研究揭示,生活在火灾地区的蜥蜴,比生活在未受野火影响地区的蜥蜴跑得更快。


有些物种还进化出了在火灾中生存的方法,例如黄足袋鼩会躲在岩石洞穴深处,保持休眠的状态直到大火熄灭。



大火过去后,科学家也发现,幸存下来的动物之间的捕食“规则”也发生了变化。


斑纹猫头鹰开始频频出没在被烧毁的森林,因为一些小型哺乳动物在烧焦的土地上会变得格外显眼。


相反地,被捕食者——侏儒蚱蜢开始通过改变颜色、融入灾后环境来躲避追捕。在瑞典,当地侏儒蚱蜢原来有黑色或接近白色不等,在受野火影响的地区,全黑的可能性高出 50%


栖息在撒哈拉以南的黑腹走鸻,所有雌鸟产下的蛋都呈现灰黑色,与四周被烧毁的地貌完美融合在一起。


这种“变色”的情况并不只在蚱蜢身上发现,在北美,野火频发地区的狐狸松鼠(Fox Squirrels)也比其他地区的同类更浅,其毛色从漆黑色变成浅灰色,更接近灾后森林的颜色



如今,动物变色的程度还在随着火灾波动,我们不知道这是否是永久的——即该物种已出现了遗传基因的变异,实现演化,但这些变化表明的事实是,这些在大火中幸存下来的物种,能够通过改变自身的形态、生理、习性来应对火灾对地貌造成的变化,同时适应灾后新的“生存法则”。


这是动物的普遍特性,在受外部刺激的情况下,它们能通过改变表型快速适应新环境,称之为“表型可塑性(Phenotypic plasticity)”


如今,伴随着全球变暖的趋势,动物世界里一些直接、且可能是前所未见的变化,已经来到我们眼前。




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全球变暖时代的《变形记》


听见“变形(Shapeshifting)”这个词,你或许会想到恐怖电影、狼人传说、或卡夫卡的作品《变形记》,却很难和气候变化联想在一起。


但根据科学研究,随着全球的气温升高,一些温血物种开始通过变形来调节体温。只不过它们的变形并没有那么戏剧性,甚至不太容易被察觉。


开普地松鼠(Cape ground squirrel)


2021 年,生物学家米娅·沃灵顿(Miya Warrington)在南非干燥的草原上第一次看到了东奔西跑的开普地松鼠。身处炎热的气温,沃灵顿不禁思考这些动物该如何适应气候变化,于是她开始测量松鼠身体各个部位的大小,追踪它们体型的变化。


测量结果显示,与历史数据对比,地松鼠的平均脚长在 18 年间增大了 9%。沃灵顿指出这很可能是地松鼠散热的办法——当其身体升温,热量能从脚部散发出来。



沃灵顿的研究基于知名的“艾伦法则”——19 世纪美国动物学家乔尔·艾伦(J. A. Allen)所提出,即同一物种的恒温动物,生活在寒冷地区的为减少散热面积,其身体突出部位如耳朵、尾巴和四肢等,会比温暖地区的来得短小。


相反地,在热带地区的同一物种则会通过增加散热面积,来调节体温。


随着本世纪气温升高,许多物种不约而同地呈现身体部位增大的趋势,尤其是能够用以散热的部位,例如大象的散热“工具”——耳朵变得更大了



目前象耳朵增长的幅度不到10%,澳大利亚迪肯大学的学者莎拉·雷丁(Sara Ryding)指出,“这样的变化还不至于引起人们的注意,不过,不排除在将来我们可能会看到真实的小飞象。”



同样的趋势也在出现在鸟类身上。鸟类是通过喙来调节体温的,据研究,自 1871 年以来,澳大利亚的几种鹦鹉如红冠凤头鹦鹉、红腰鹦鹉的喙增大了近 4-10%


澳洲王鹦鹉的热成像显示其喙的温度高于身体其他部位

The gang-gang cockatoo


尽管科学家认为,气候变暖并非是动物变形的唯一原因,但诸多物种的变化都离不开热量的影响,例如气候温暖地区的蝙蝠翅膀越来越大、鼩鼱的尾巴和腿也越来越长。


另一方面,在气温较低的地区学者发现了另一种趋势:灰林鸮改变了自己羽毛的颜色。



灰林鸮生活在寒冷的西伯利亚一带,如其名“灰”,它们的毛色介于灰色和褐色之间,以灰色种群占主导地位。近期,一项在芬兰进行研究发现,黄褐色的种群数量增多,在棕色和灰色之间的分布越来越均匀。



学者推测,灰色的羽毛能在雪地里伪装得更好,但随着冬季变得暖和,其栖息地的地貌发生了变化:枯枝、岩石随降雪减少显露出来,黄褐色的羽毛能更自然地融入环境,有利于捕食。


北极狐也会在冬季改变毛色


或许不久我们得将这个属种改称为“黄褐鸮”,因为其毛色并非只是短暂的、为适应环境发生“表型可塑性”的变化,而是通过遗传基因,将更有利于存活的黄褐色基因传给了下一代。


若灰林鸮捕食的优势增加,与之息息相关的食物链可能也将出现波动。



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环环相扣的生态链


这几年我们大概都有过“春天比往年更早了”、“立冬了但气温还没降”的感受,气温与往常的时节出现了落差。但动物的世界并没有“日历”,气温就是大自然的闹钟,植物会较早地对高温做出反应——提前萌芽、开花,与之环环相扣的食物链也可能会随之提前开启繁衍周期。


墨尔本大学发布的一项研究说明,在过去 65 年里,在澳大利亚的褐蝶破茧成虫的时间提前了 10 多天,平均每十年提前 1.6 天,因为那里的气温平均每十年升高了 0.14 摄氏度。



随着气温升高,科学家预测大部分的昆虫会一年比一年出现得更早,因为它们提早获得了足够的热能和养分,而以昆虫为食的中级消费者——鸟类的繁殖周期也可能随之提前。


一支来自爱丁堡大学的团队经考察,发现蓝山雀产卵的时间,与昆虫成虫的高峰期逐渐同步。它们会更早筑巢、产卵,好让雏鸟在诞生后有足够的养分来源。


研究指出蓝山雀是根据桦树来确定繁殖时间的,如果桦树提前落叶,蓝山雀就会更早产卵。


然而,繁衍周期的提前并不能确保繁殖的成功率。一篇发表在《生态学》上的研究揭示,春季气温的升高实际上集中了食物(幼虫)供应的高峰期,蓝山雀第二巢幼鸟的存活率反而会下降。


另外,并非每一种鸟类都对气温的反应都如此敏感,这意味着比蓝山雀晚产卵的鸟类,则需要在食物减少的情况下竞争。气候变化实际上直接影响了种群之间繁殖期的时间差异,进而另食物与竞争状况变得更激烈。



在不同的种群之间,学者发现当气温上升的速度已经超过了某些种群适应、竞争的速度,它们可能会直接“走捷径”——与耐受力更高的近亲交配。


在澳大利亚,科学家从东北部河流中采集了热带彩虹鱼样本,发现生活在冷水水域的高地彩虹鱼,喜欢与生活在温暖水域的低地彩虹鱼杂交。结果显示,杂交的品种比其高地的亲属更能适应气候变化



那么,杂交是否也是动物应对气候变化发展出的适应能力之一呢?有的学者提出了质疑。


以北极熊与灰熊的杂交——Grolar Bear为例,其皮毛保留北极熊的特征呈现白色,肢体结构却更近似灰熊,这恰恰说明北极熊由于无法适应气候变化,只能转向在陆地停留更长的时间,通过杂交繁衍在陆地能更高概率存活的下一代。



近几年,学界已确认日益增多的杂交物种,例如郊狼和狼(coywolves)、独角鲸和白鲸(narlugas)。


科学家指出它们的出现并不意味着生态多样性增加,相反地,杂交仅仅是同一物种的种群数量增多了,而在气候变化的大趋势下,大部分物种正因栖息地大规模缩减而逐渐减少。


coywolves


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寻找新的家园


每年秋季,往往我们抬头就能看到成群结队的鸟儿踏上了漫长的迁徙旅途。


一项于 2023 年发布在《当代生物学》上的研究指出,当科学家利用 GPS 追踪住在挪威斯瓦尔巴群岛的粉脚雁种群时,发现它们调整了原来的迁徙路线,并在 1000 千米外找到了新的繁殖地点。


粉脚雁改变迁徙路线的原因是复杂的,它们同时面临着栖息地缩小的威胁,也是为寻找食物充足的繁殖地点。其路线改变揭示了一个普遍的趋势:如今有越来越多的物种,包括非迁徙物种开始离开原来的栖息地,前往更舒适的环境。


生活在高海拔、凉爽山区的美洲鼠兔就是一个典型的例子。


美洲鼠兔并非迁徙物种,不过由于气温升高,它们开始“扩散”自己的栖息地。在加州优胜美地国家公园,当地鼠兔种群的栖息地在一个世纪向山坡上迁移了 500 多英尺。


反之,留在原栖息地的鼠兔因高温而死亡,例如内华达山脉东部的鼠兔,在 1999 年到 2008 年短短十年间灭绝率增加了五倍


事实上,南加利福尼亚大学的学者表示,从熊、驼鹿到猞猁,甚至松鼠和青蛙,由于全球变暖,地球上 4,000 个物种中大约有一半出现了迁徙或扩散的现象,即动物开始离开自己的家园以寻找更凉爽的栖息地。


总体而言,大部分物种向北迁徙到了高纬度地区


南加州大学使用 MegaSDM 模型预测富兰克林地松鼠从 2010 年到 2070 年栖息地的扩散情况,左为在无约束条件下的扩散,右则是有约束条件下的情况。


即便海拔高的地区能够提供更舒适的自然环境,南加州大学计算机科学副教授比斯特拉·迪尔金娜(Bistra Dilkina)指出一个更尖锐的问题:“我们常问物种未来能生活在哪里,但更重要的是,它们能到达那里吗?


布谷鸟通常在六月离开英国飞往非洲,但由于缺乏食物,它们现在往往难以飞越撒哈拉沙漠返回英国


科学家指出,在气温加速升高的趋势下,不同物种的迁徙或扩散的速度,将有可能决定该物种的命运——即它们能否在不断变化的时限内到达适宜的栖息地。


骡鹿给出了一个正向的信号。每年春季,生活在美国西部的骡鹿都会从海拔较低的冬季栖息地,迁往向海拔更高、更凉爽的地方。


随着气温变化,春季可能提早或延迟,但科学家发现,骡鹿能够通过放慢或加快速度,依旧保持在平均六天的时间内抵达目的地。这意味着它们具有认知能力,能够识别它们在空间和时间上与气温的关系。



令人担忧的是,在气候变化导致栖息地不再宜居的情况下,有的物种的迁徙很多时候并没有目的地,仅仅是由于生存受到了威胁。例如去年秋季,一支生活在津巴布韦的非洲象由于长时间缺乏水源,跨越南部的国界,往博兹瓦纳寻找食物与水源。



科学家难以预测象群迁徙的方向,也无法得知它们最终会在何处落脚——尤其在气候变化的大趋势下,动物的生存条件也不断发生变动。或许在不远的未来,我们熟知的动物分布图将会改变,不过对于动物而言,生命总会找到自己的出路。🌏

Reference


Animals “shapeshifting” to adapt to rising temperatures. (2021, September 16). Natural History Museum.

Animal species are evolving to adjust to climate change, but scientists say time is running out - The World from PRX. (2023, May 3). The World From PRX

Here’s how extreme weather is affecting animal migration. (2024b, September 10). World Economic Forum.

Earlier butterfly emergence linked to climate change. (2010, March 10). ScienceDaily.

Madsen, J., Schreven, K. H., Jensen, G. H., Johnson, F. A., Nilsson, L., Nolet, B. A., & Pessa, J. (2023). Rapid formation of new migration route and breeding area by Arctic geese. Current Biology, 33(6), 1162-1170.e4. https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.01.065

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监制:Lili

撰文:Max

版式:Lili


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