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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