温度定雌雄:变暖导致孵出99%雌龟 雄龟情何以堪?

2018-01-24 08:10:00 quecongsoft 478

出品|网易科学人栏目组 翟中超

太平洋最大的绿海龟栖息地正面临着一场危机,这可能是气温升高导致的。这会蔓延成全球性问题吗?

澳大利亚东北部有寒暖流交汇,还有着地球上最大最长的珊瑚礁群,这里有着较为丰富的养料,于是便成为绿海龟的活动场所。在前往筑巢区交配产卵之前,这些绿海龟会食用海草把自己养的肥肥的。但现在科学家们只想搞清楚:这些绿海龟哪些是雌哪些是雄?

只通过观察外表也可以猜出海龟的性别,但不能保证足够准确,因此研究人员就采取了一个大胆的行动。他们站在小艇追赶着海龟,这一幕就好像职业骑牛大赛选手跨在牛背上一样,不过前者的动作要温柔的多。研究员把海龟赶到海岸,然后采集DNA和血样,再切个小口来检查海龟的性腺。这里的性腺是生产配子(也称生殖细胞,即精子和卵细胞)和性激素的混合性腺。

一般来说,雌海龟会把海龟蛋埋在沙子里,而小海龟的性别是由沙子的温度决定的,现在海龟性别比出现变化,科学家于是猜想可能是温度出现了变化。气候变化使得空气和海洋温度升高,这种条件下有利于雄海龟的出生。研究人员发现太平洋海域最大的绿海龟栖息地中雌雄比达到惊人的116比1!

“这真是太不可思议了,用感叹号都不足以表达出不可思议的程度,”研究海龟的科学家卡姆琳・艾伦说道。艾伦还是位于夏威夷的国家海洋和大气管理局( National Oceanic and Atmospheric Administration,简称NOAA)的工作人员。“现在是几条可怜的雄海龟就对应着成百上千个雌海龟。我们感到很震惊!”

这项新研究发表在《当代生物学》期刊上,作者是Allen和她的同事。该论文是暗示全球气温上升从而改变雌性海龟数量的最新研究。这也是迄今为止最详细的一项研究,它道出了问题的严重性,还提出了海龟在这种全球性风险下面临的新问题。除了海龟,该研究还关注到其他与栖息地温度相关的物种,如短吻鳄、鬣蜥以及内陆银河鱼(生存在许多河流和河口的一种重要鱼类)。

“你研究的是地球上最大的海龟种群之一,而很多人还以为情况都很乐观,”海洋生物学家、这项新研究的第一作者迈克尔・詹森说道。詹森还是美国国家海洋和大气管理局的西南渔业科学中心的研究员,该科学中心位于加利福尼亚的拉荷亚市。

“情况比想象的还要严重”

澳大利亚东部的绿海龟体重可达225千克,它们的心形龟壳直径可达1.2米以上。绿海龟主要在两个地方筑巢:一处是靠近布里斯班沿着大堡礁南部的一组岛屿;另一处是北部122千米处的叫做雷恩岛的区域。这两处孵化出的小海龟一开始会在珊瑚海的浅水区活动。绿海龟可能在珊瑚海区域待上25年甚至更长的时间直到换皮完成,然后它们会返回上述两个聚集区进行交配。绿海龟会在几十年中多次往返于聚食区。

詹森想弄清气候变化是否已经实实在在对海龟的性别变化产生了影响。通过遗传学检测技术,詹森对各个年龄段的海龟进行追踪调查,还可以从某个摄食区域追踪到详细的筑巢区。尽管如此,詹森对海龟的统计数据还缺少一个重要的细节:海龟的性别。因为想要从外表判断海龟性别需要等到海龟成熟之后,比如雄性成年海龟的尾巴要稍微长些。但这样海龟就已长到十几岁了,时间上影响了研究,而且不便于进行动态对比。因此科学家经常会使用腹腔镜技术将一个薄壁管插入动物体内来分辨其器官。但这样做有失人道,而且用这种方法来检查确定成百上千海龟的性别也不太实用。这的确使詹森感到很棘手。

在墨西哥举行的的一个海龟会议上,詹森偶遇了艾伦。艾伦此前是一名树袋熊研究员。艾伦曾使用睾酮水平来追踪树袋熊的妊娠情况。艾伦还根据激素水平找到了分辨海洋生物性别的方法。她只需一点血就能搞定这个问题。

于是詹森和艾伦找到其他几位科学家组成了一个团队,其中就包括澳大利亚海龟专家伊恩・贝尔。他们采集了大堡礁附近海龟的血样,然后又进行了几次腹腔镜检查来检验艾伦方法的准确度。该团队将结果与筑巢海滩的温度数据进行了比较并且还检查了不同年龄的海龟的性别。最后的结果让他们感到很吃惊。

“我们当时就喊道,‘天啊!’,因为现实情况比我们想象的还要糟糕。”艾伦说道。

调查结果显示雷恩岛海域近20年来几乎只生产雌性海龟!这可不是件小事儿!32万平方米的雷恩岛及其附近的珊瑚小礁是地球上最大的绿海龟栖息地之一,这里有20万只以上的海龟前来筑巢。在旺季时,一次就会有1.8万只海龟前来筑巢。而这些海龟几乎都是雌性。

因为科学家可以确定取样海龟的大致年龄,于是他们有了另一个发现。沿着大堡礁北部的那一段,近年来不断增加的热量导致了严重的珊瑚白化,雌性和雄性的比例随着时间的推移也变得更加失衡。上世纪七八十年代在此孵化出生的海龟大多数也是雌性,但当时的雌雄比例只有6比1。

“这是一项具有开创性的工作,”海龟专家、英国埃克塞特大学保护科学教授布兰登・戈德利说道。戈德利没有参与这项研究。“从研究的视野,到大堡礁的研究范围,再到研究所使用的综合学科研究法,使得这项研究具有了很高的价值。”戈德利说道。

詹森和艾伦在南方的发现也同样重要。在南部区域,海龟在布里斯班附近的南部大堡礁进行孵化,但这里的温度上升的不算显著,珊瑚仍然很健康。南部大堡礁雌雄海龟数量比为2比1。

“结合一些计算模型显示南部凉爽的海滩仍然能生产雄性海龟,但在更加炎热的北部孵化出的几乎都是雌性,”戈德利说道。“这些发现清楚地说明了一个事实,即气候变化正在对野生生物的诸多方面产生着影响。”

温度定雌雄:变暖导致孵出99%雌龟 雄龟情何以堪?

图注:加拉巴哥群岛(位于厄瓜多尔西部)海域内的一只海龟。想要评估地球上其他区域绿海龟的性别比例变化还需要我们做出更多的工作。(图/克里斯・纽伯特)

有了上述发现,我们就会提出两个问题,一是这种现象究竟有多普遍?二是这种现象会产生什么后果?

“温度变化之快难以想象”

就目前来讲,没人能清楚准确地回答上面的两个问题。

因为雄性海龟经常与不止一只雌性进行交配,因此雄龟通常交配会更频繁,如果性别比出现轻微的差异可能还是有益的。最近科学家对世界上75处海龟栖息地的观察显示雌雄比大概为3比1。事实上,有些种类的海龟在1个世纪以前就是雄海龟少于雌海龟。不过,问题是:雌雄比有了什么变化?这种变化的幅度有多大?

海龟大概已经有1亿年的历史了,在这期间地球的气温有升高已有降低。还有,经过几十年的捕猎、偷猎、污染、疾病、人类发展、栖息地消失以及兼捕渔获物,曾经呈下降趋势的许多种群近年来在全球范围内有的竟显示出改善的迹象。

“但是现在温度变化速度之快令人难以想象。进化需要好几代来适应,但现在的问题是,这些动物的寿命有50年甚至更长些,而情况在一代之中就已发生了变化。”詹森说道。这样一来,动物的适应力无疑就面临着巨大挑战。

就拿雷恩岛来说,海平面上升淹没了巢穴、浸没了龟蛋。海滩侵蚀正在形成小型峭壁,一旦海龟从高处掉下背部着地,那么它们就可能死去,因为海龟没办法自己翻身。为了改善海龟的生存状况,澳大利亚当局正在花费数百万美元来恢复岛屿的生态。

尽管如此,科学家预测至少35年,所有7个海龟物种的性别平衡都会非常容易受到气候变化的影响。这7个海龟物种包括绿海龟、P龟(也称红海龟)、棱皮龟、玳瑁(也称鹰嘴海龟)、平背龟、榄P龟(也称丽龟)、肯氏龟(也称大西洋丽龟)。爬行动物对温度很敏感,在很多地方,只要温度升高几摄氏度产生的后代就都成了雌性。这可能会毁掉整个种群。如果温度上升的太高,事情就会变得更糟,毫不夸张的说,龟蛋可能在巢穴中已被煮熟!

在这项最新研究之前,大部分研究表示不到21世纪晚期,即使雌性海龟过多也不会产生多大威胁。而且此前的研究也没对当时正在发生或已经发生的情况作出足够的调查。在两年前对圣地亚哥(美国加州港口城市)一小群绿海龟的一项研究中,Allen发现65%是雌性海龟,但是幼龟中这一比例上升到78%。与此同时,哥斯达黎加的一些棱皮龟和佛罗里达及其他某些地方如非洲西部的一部分红海龟中的雌雄数量比正在变大。但这些此前的研究所涉及的总体规模无法和詹森与艾伦的最新研究相提并论。

尽管如此,想要确定雄性数量何时会降得过低也很困难。不同区域、不同种类也会有不同的答案。此外,决定性别的温度因素本身就会受到当地情况的影响。位于印度洋中部、马尔代夫南方的英属印度洋领地查戈斯群岛是个特例,这里有着较强的降雨,沿海树木也能遮阳,还有狭窄的海滩使得玳瑁只能选择离海较近的地方筑巢,这许多因素使得温度不会太高,海龟雌雄比也就维持了正常比例。科学家警告称加勒比海附近的海龟因伐木而面临着风险,因为树木原本可以为沙滩上的海龟提供阴凉,树木没了温度也就高了,原本可以孵化出雄性结果就产生了更多雌性。

温度定雌雄:变暖导致孵出99%雌龟 雄龟情何以堪?

图注:巴布亚新几内亚附近海域的一只玳瑁海龟。(图/大卫・杜比勒)

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图注:一只棱皮龟正在加纳艾达福阿某处海滩上筑巢。(图/法兰斯・兰亭)

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图注:一只刚孵化出的小玳瑁海龟安全地进入了古巴王后国家公园的水域。(图/大卫・杜比勒)

温度定雌雄:变暖导致孵出99%雌龟 雄龟情何以堪?

图注:一只玳瑁海龟,它的周围环绕着一群小鱼。(图/吉姆・阿伯内西)

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海滩上正在破壳而出的一只小海龟。(图/詹森・爱德华兹)

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图注:一只在浅水游泳的海龟。(图/托马斯・佩斯查特)

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图注:一只刚刚孵化出的绿海龟正在向海洋前进。(图/诺伯特・吴)

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图注:巴布亚新几内亚海域的一只玳瑁海龟,它应该是在看摄相镜头。(图/大卫・杜比勒)

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图注:一只紧贴着水面游泳的幼小的红海龟。(图/吉姆・阿伯内西)

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图注:退潮期间,一只趴在在马来西亚西巴丹岛海域某处珊瑚暗礁上的绿海龟。(图/毛利西奥・汉德勒)

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图注:一只筑完巢穴的棱皮龟正在返回海洋。(图/法兰斯・兰亭)

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图注:菲尼克斯群岛附近的一只绿海龟游过一群珊瑚。(图/布莱恩・斯凯瑞)

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图注:一只极度濒危的肯氏龟的蹼状足部的背面。(图/乔尔・萨托)

“真正可怕的事”

所有这些都使得大堡礁的研究更加引人注目,海龟科学家尼古拉斯・皮尔策这样说道。皮尔策没有参与这项研究。大多数海滩并没有阴凉,所以气候和性别比例之间的关系就更清楚了。可能有数十万海龟会受到影响。如此失调的比例,如此重要的地区竟然没引起人类进行充分的研究,部分原因可能是直到现在我们也不知道如何着手。

“这件事情的独特之处在于,雷恩岛种群如此之巨,那么其潜在损失的影响将会非常大。论文作者们回溯调查的数据显示在此前一些时期海龟的性别比例还是比较正常的。”皮尔策说道。

艾伦担心的是地球上全部的海龟都像她研究的那样出现了性别比失调。艾伦和詹森计划继续利用他们的技术对更多的海龟栖息地展开研究。现在,他们已经收集了关岛、夏威夷岛和塞班岛海龟的样本。

“北部大堡礁海域是世界上最大的海龟栖息地,这里的海龟种类也很丰富,”艾伦说道。“性别比如此失调已经够可怕了,但更可怕的是整个海龟种群的数量也已经非常少了!”

郭浩 本文来源:网易科学人 责任编辑:郭浩_NT5629
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