全球变暖冰雪融化,动物们展开换装大赛换取生存

2018-02-19 08:03:21 quecongsoft 238

全球变暖冰雪融化,动物们展开换装大赛换取生存
(白靴兔的毛在夏天时是锈褐色的,到了冬天时就会转变为白色。图:Jaco and Lindsey Barnard / Mills Lab)

网易科技讯2月19日消息 据《大西洋月刊》报道,生物的性状经自然选择而来,北极熊一袭白衣是为了在冰雪世界捕食时隐藏自身,狼的褐色皮毛亦是同理。不过在如今这个气候变化的时代,北极融化日益加快,当不再有白皑皑的积雪藏身,白靴兔和北极狐该如何应对才能更好地生存下去?

1920年12月4日,一名14岁的男童在在威斯康星州中部的森林中散步时看到了非同寻常的事物。

他撞见一群白靴兔,每个都有干净的白色皮毛。“它们在没有积雪的落叶上跳来蹦去,那个月份异常温暖,中旬之前几乎未曾下雪。”一群白兔子在初冬深色的土地上活动,显得异常引人注目,它们的一身白色本是为了在白雪中隐藏自身进化而来的。

这一场景给男孩留下深刻印象,13年后他在科学论文中再度提及儿时所见。这位少年即是华莱士・拜伦・格兰奇(Wallace Byron Grange),年纪轻轻就表现出了与其中间名相称的才华。格兰奇22岁时被任命为威斯康星州首位狩猎监督官,今年27岁的他同时也从事动物主题写作。在众多课题中,他对白靴兔一年一度的毛色更替情有独钟。

大部分白靴兔会以一身白色进入新的一年。它们在雪地上灵动地跳跃,时隐时现仿若精灵。“到了深冬,表面的颜色变得有些斑驳,冬去春来大地解冻时,那白色已经有些脏了。”这时,换毛行动已经在悄悄进行。随着春意渐浓,兔子体表的毛色从灰白相间完全变成棕色。

换句话说,白靴兔会改变毛色以适应栖息地地季节变化。这让格兰奇十分感兴趣。“事实上,兔子外套颜色和气候状况之间存在非常明确的相关性……精确到不可思议。”

白靴兔并非唯一一种擅长换装把戏的动物,它的同伴还包括北极狐、长尾鼬以及山地长耳大野兔等21中动物,这些动物会在一年中的不同时节改变皮毛颜色以适应环境变化。

正如前文中小男孩所惊讶的,从前,撞见一群白兔在无雪的地上乱跳是很罕见的事,然而随着气候变化,这一情形变得越来越普遍。随着全球变暖,降雪和积雪在北半球的大部分地区变得稀少,野兔和狐狸日益发现自己与环境“不匹配”。

在过去的十年中,生态学家L・斯科特・密尔斯(L. Scott Mills)及其同事一直在研究换毛动物如何在气候变化中幸存。团队于上周四发表一份新的研究结果,指出换毛动物或许需要人类保护才能度过这场危机。

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(瑞士洛桑动物园内的一只北极狐。图:Dominic Favre / AP)

20世纪80年代以来,生态学家们一直对全球变暖将如何破坏动植物的季节性节律感到忧心忡忡。眼下已有太多事让他们担心:蜜蜂衰落、花朵早早开放却迟迟无法授粉,迁徙的候鸟早早返回,树种传播受到影响。很难判断气候变化造成的此类负面影响究竟有多大,因为以上问题同时也受到污染、森林砍伐和过度捕捞的影响。

密尔斯在十年前曾对瑞典的北极狐和喜马拉雅山的雪豹进行过研究,他认为气候变化就是白靴兔和其他换毛动物面临的头等威胁。“换毛这一行为是100%由气候决定的。”他对记者表示。

目前已知的21种能够在冬季换毛的动物大致可分为“棕变”(brown morphs)和“白变”(white morphs)两种,完全由基因决定。“白变”物种在冬季生长出白色皮毛,“棕变”物种夏季皮毛的颜色则可保持全年。无论变或不变,动物的毛色都与当地环境保持匹配,以此增加自己的生存几率。

实际上,野兔通常无法发现其毛色是否与环境匹配。20世纪90年代,密尔斯在加拿大边境进行田野调查时意识到这一点。“当我在秋季和春季游荡时,我开始看到越来越多的白色兔子在森林里活蹦乱跳。”他对记者讲。

“它就呆蹲那儿,毛色棕白相间。哪怕你靠近5英尺也不知道逃跑。”他说。“这有点令人尴尬。就好像你走近一个光身子的人,提醒他‘老兄,你已经不再有伪装了’。”

考虑到成功进化与毛色的密切关系,密尔斯试想自然保护主义者是否可以利用进化来拯救动物。如果气候和进化联袂造就了这一性状,或许人们也可以据此来实现退化保育。

“最迅速的演化发生在环境变化最剧烈的地区,这基本上是生物定律。”他说。事情的关键是寻找到变化的地区,在白靴兔的例子里,就是要寻找同时出现棕色冬毛和白色冬毛的地区。密尔斯将这些地区称为“多态区域”。如果这些多态区域被找到并进行保护,密尔斯认为演化将会自行发生,棕色冬衣数量逐渐增多,帮助物种生存下来。

问题是人们从未对兔子的颜色进行过精确统计。密尔斯团队只能自己动手。此前数年,他们前往世界各地的26家自然历史博物馆,试图通过检查博物馆中白靴兔的标本档案找出两种毛色共存的地区。

起初,他们尝试找出所有21中换毛动物的多态区域。但是,在检查了3000多个变笨之后,团队发现,没有足够的样本为这么多物种标定多态区域。只有那些在冬季捕捉且带有位置信息标本才有用,而大部分博物馆标本都是20世纪初搜集制作的,符合条件的标本数量十分有限。(一个趣闻是,在被研究的标本中,其中一个出自美国前总统西奥多・罗斯福之手。)

经过数年努力之后,团队为8个物种确定了多态区域:北极狐、三种鼬鼠和四种野兔。名单中并不包括唯一一种会季节性改变毛色的鸟类――雷鸟。哺乳动物季节性变色往往是因为生存压力,而鸟类在发情期改变毛色主要是迫于择偶压力,雄性往往比雌性毛色更艳丽,这是因为鸟类择偶系统的选择权掌握在雌性手中。

雷鸟像白靴兔一样会在秋季改变毛色,它是唯一有换毛习性的鸟类。“春天来了,雌性变成褐色。但雄性在雪融化后仍能保持雪白,并一袭白衣直到进入洞房。交配之际,两只鸟会找一滩稀泥然后在上面打滚。”他说。

这一行为表明雷鸟能够意识到自己的毛色与季节不符。鸟类表现出行为的可塑性,个体能够改变其习惯或行为以便觅食、交配或存活。“但我们不认为哺乳动物也会这么做。”密尔斯说。

全球变暖冰雪融化,动物们展开换装大赛换取生存

(图A和图B中显示了加拿大和俄罗斯两个北极大国中的多态区域,红色重叠表示那里是两个物种共同的多态区域。图C和图D标记了美国和英国境内的多态区域,其中约有半数动物都是换毛动物。图E中是一只明显穿错衣服的小黄鼠狼。)

基因拯救策略――将多个种群混在一起换取整个物种的生存――能否奏效呢?最好的验证方法还是野外实证。1960年代,苏格兰博物学家亚当・沃森(Adam Watson)――人送外号“毛皮老爹”(the daddy of coat color)发现野兔比起初看上去更好地适应了当地环境。苏格兰的山地野兔的毛色几乎完美地与当地降雪时间保持了一致。如今密尔斯地团队对同一地区的野兔进行调查,以确定野兔是否仍然适应当代气候变化。

“鉴于研究的广泛性和复杂性,这是一项了不起的研究,将气候预测与动物性及保护联系到一起。”美国地质调查局的生态学家托尼・莫莱利(Toni Lyn Morelli)高度赞扬密尔斯的研究。“我不会说这是一个令人惊讶的故事,我认为这对大多数物种来说是有望成功的。”

她在邮件中还提到,由于数量少和多态性较低,生活在欧亚大陆北部的山野兔或将无缘基因拯救。

“这项研究着实显示了博物馆标本的价值,若没有这些,多项工作将变得如此困难,几乎不可能完成。”她补充道。事实上,世界各地的生态学家越来越多地将博物馆标本作为研究先前时代的“时间胶囊”。外媒此前报道,科学家借助芝加哥博物馆中的鸟类标本,对100年前芝加哥的空气污染状况进行了追溯研究。生态学家甚至还从旧标本中发现了此前未被漏掉的新物种。

另一位名叫扎克伯格的生态学家称赞密尔斯的研究具有开创性,但同时也指出,目前的保护区域与地图上推荐的地区存在差异。扎克伯格与同事们研究发现,由于毛色未能与环境变化匹配,白靴兔已经从威斯康星州中部森林中消失了。“三、四十年前,那里的白靴兔十分常见。”他说。但如今,它们都不见了。

“白靴兔消失的地区正好也是那些积雪状况变化最大的地区。”他说道。“这是你能在野地看到的事实。我们认为这是造成州内山野兔活动区域缩小的因素之一。”

1920年12月4日,一个14岁男孩在树林里闲逛时被看到的情形震惊:一群雪白的白靴兔在黑土地甚是扎眼。如今一个世纪过去,同一片土地上已看不到这种兔子了。(孙文文)

姚立伟 本文来源:网易科技报道 责任编辑:姚立伟_NT6056
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