適應(yīng)氣候：能變通就能生存

江澤珍/編譯

氣候變化重新激發(fā)起人們對(duì)上世紀(jì)60年代“詹曾假設(shè)”的興趣

● 1967年，美國(guó)生物學(xué)家丹尼爾·詹曾提出了一個(gè)假設(shè)：即熱帶物種要穿越山峰到達(dá)一個(gè)新的領(lǐng)域是很困難的，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐臍夂颉Ｄ壳啊罢苍僭O(shè)”被重新提及并由此形成了一項(xiàng)為期五年的EVOTRAC計(jì)劃，意在檢驗(yàn)該假設(shè)及氣候變化是怎樣影響生物多樣性的。

去年夏天，在洛基山脈的山腳下，一群來自科羅拉多大學(xué)的研究人員聚集在河流的周圍。一些人在河邊測(cè)量水溫、水流速度以及其化學(xué)成分，另一些人則涉入水中用平底網(wǎng)捕捉一些昆蟲。其中，水生生物學(xué)家勒羅伊·波夫（LeRoy Poff）將捕獲的石蠅、石蠶蛾和蜉蝣等生物篩選分類后，分別放入工具箱中不同的小瓶子里。回實(shí)驗(yàn)室后，這些生物在顯微鏡下還會(huì)被進(jìn)一步分類，然后進(jìn)行遺傳基因編碼。

EVOTRAC項(xiàng)目

在過去的一年半中，這支隊(duì)伍在科羅拉多的25條河流、厄瓜多爾安第斯山脈的26條河流重復(fù)這一過程，以研究這兩個(gè)地區(qū)的大氣溫度與水流是怎樣影響生物變異的。這一研究是一個(gè)五年研究項(xiàng)目的一部分，叫做EVOTRAC（有機(jī)體在面對(duì)海拔和氣候變化時(shí)的進(jìn)化與生物變異），旨在探索在全球變暖以及環(huán)境變化的情況下，動(dòng)物是怎樣進(jìn)化使自己生存下來。

推出這個(gè)項(xiàng)目，部分是為了檢驗(yàn)生物學(xué)家丹尼爾·詹曾（Daniel Janzen）在1967年所提出的一個(gè)具有影響力的假設(shè)：即熱帶物種要穿越山峰到達(dá)一個(gè)新的領(lǐng)域是很困難的。因?yàn)樗鼈円呀?jīng)適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐臍夂颍矎膩頉]有經(jīng)歷過極端的冷熱氣候（當(dāng)時(shí)還沒有全球變暖一說）。而現(xiàn)在，詹曾的假設(shè)又被重新提出并作為引子去研究氣候變化是怎樣影響生物多樣性的。

盡管詹曾的假設(shè)被廣泛認(rèn)同，但是其大多數(shù)結(jié)論還沒有經(jīng)過直接檢驗(yàn)。EVOTRAC團(tuán)隊(duì)以及其他的生物學(xué)家不僅在彌補(bǔ)這一缺陷，范圍還拓展到了氣候影響溫度因素以外的其他環(huán)境因素，包括河流狀況。如果假設(shè)成立的話，就意味著熱帶物種對(duì)于氣候變化是尤其敏感脆弱的，盡管極地的溫度比熱帶的溫度要上升很多。這項(xiàng)假設(shè)還能幫助研究人員制定對(duì)待氣候變化的保護(hù)計(jì)劃。

詹曾是在上世紀(jì)60年代中期有了這一想法的。那時(shí)還是堪薩斯大學(xué)年輕的生態(tài)學(xué)家的他，正帶領(lǐng)20個(gè)美國(guó)學(xué)生和一名哥斯達(dá)黎加的助手在哥斯達(dá)黎加旅游。旅行是從助手的家鄉(xiāng)圣何塞開始的，那里有著非常“平和”的天氣。詹曾說：“不是很冷也不是很熱，不是很干也不是很濕。”從那里出發(fā)，他們來到了一個(gè)位于海平面的干燥的熱帶森林，那里的天氣稍微熱一點(diǎn)。在講課的過程中，詹曾注意到他的助手不斷地在冒汗：“我看了看我的學(xué)生，他們沒有一個(gè)人在出汗。”

隨后，他們一行又到了一個(gè)海拔3 000米的寒冷的濕地森林，詹曾注意到他的助手在身上裹了好幾條毯子，而其他人只披了一層薄薄的棉布單。“我意識(shí)到他是在圣何塞度過的，這相當(dāng)于一直住在溫度穩(wěn)定的環(huán)境中，”詹曾說，“由此我突然想到，周圍的這些熱帶動(dòng)植物是生活在它們所適應(yīng)的溫度范圍內(nèi)的，溫差不是很大。”

詹曾因此推測(cè)，這些熱帶物種從不經(jīng)歷季節(jié)性更替，在所處的海拔中，它們能適應(yīng)的溫度變化不會(huì)很大。“這使得絕大多數(shù)的生物無法穿越山峰到臨近的村莊，這就限制了其基因的傳播以及熱帶生物多樣性的增加。”

驗(yàn)證“詹曾假設(shè)”

當(dāng)詹曾發(fā)表這一假設(shè)時(shí)，這類需要被檢驗(yàn)的大型跨學(xué)科的研究一時(shí)難以得到經(jīng)費(fèi)上的支持。上世紀(jì)90年代末，一名蒙大拿大學(xué)博士生卡梅倫·格爾安博爾（Cameron Ghalambor）在讀了詹曾的論文后感慨道：“這是我讀過的最好的論文之一。”他驚訝于氣候能影響物種發(fā)展史和生命周期這一想法，也驚訝氣候能約束生物的多樣性。他告訴他的導(dǎo)師，想對(duì)這一假設(shè)做一些研究，但被拒絕了。后者告訴他：“這不是你在博士研究項(xiàng)目里能做的，這是要花你一生的時(shí)間去研究的！”

然而，其他的生物學(xué)家也想到這一點(diǎn)了。“詹曾的理論很獨(dú)特，它涉及的領(lǐng)域包括氣候變化、生理生態(tài)、進(jìn)化原則，等等，”科羅拉多博爾德大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家克里斯蒂·麥凱恩 （Christy McCain）說道。受詹曾假設(shè)的啟發(fā)，麥凱恩花了近十年時(shí)間，將80年來從170座山上收集到的1.65萬種物種數(shù)據(jù)進(jìn)行了梳理。

“我對(duì)低緯度山峰物種對(duì)于溫度變化適應(yīng)范圍是否越來越小進(jìn)行了檢驗(yàn)，”麥凱恩說。這是詹曾對(duì)氣候多樣性假設(shè)的第一部分：海拔越低，物種適應(yīng)的溫度范圍越小。她在2009年發(fā)表了結(jié)論：“蝙蝠、鳥類、青蛙、蠑螈、蜥蜴和蛇都有這類傾向。如果從高海拔向低海拔過渡，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些生物適應(yīng)的溫度范圍是呈線性下降的。”然而，麥凱恩發(fā)現(xiàn)嚙齒類動(dòng)物卻截然相反。關(guān)于這一點(diǎn)，她仍然在努力地研究。

一只厄瓜多爾的蜉蝣揭示了氣候變化對(duì)其產(chǎn)生的影響

包括格爾安博爾在2006年也發(fā)表過相似的論文。他和華盛頓大學(xué)的科學(xué)家對(duì)相關(guān)脊椎動(dòng)物進(jìn)行了研究，其中包括對(duì)溫度極其敏感的爬行動(dòng)物，他們發(fā)現(xiàn)熱帶爬行動(dòng)物所能適應(yīng)的溫度變化要比溫帶物種小很多。格爾安博爾團(tuán)隊(duì)為此想了解，詹曾的假設(shè)是否還能用來測(cè)試出一種對(duì)于氣候變化最脆弱的物種。

2008年，格爾安博爾加入了雷蒙德·休伊（Raymound Huey）的研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)蜥蜴以及不同緯度的其他生物的生理耐受性進(jìn)行了研究。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)——誠(chéng)如詹曾的假設(shè)——適合熱帶物種的最佳溫度十分接近于它們近期所處的溫度環(huán)境。這就意味著當(dāng)溫度升高時(shí)，那些動(dòng)物就會(huì)很浮躁。

“生活在熱帶低地森林里的蜥蜴是世界上熱忍耐力最小的生物，”休伊說，“那里的溫度從來不會(huì)超過32℃，而蜥蜴在36℃或37℃時(shí)就會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)激生理反應(yīng)。”格爾安博爾接著說：“從蜥蜴的生理耐受性來看，在熱帶地區(qū)只要升溫一點(diǎn)點(diǎn)，許多生物就會(huì)失控。”

重溫爬行動(dòng)物

為了驗(yàn)證這一想法，休伊重新組建了他的團(tuán)隊(duì)，這些成員他從研究生時(shí)就認(rèn)識(shí)了，而且在上世紀(jì)70年代，他們都在波多黎各從事蜥蜴的研究。借鑒以往的數(shù)據(jù)，他們制定了新的方法來探究島上的蜥蜴能否適應(yīng)溫度上升抑或會(huì)出熱應(yīng)激現(xiàn)象。

而在科羅拉多，格爾安博爾和進(jìn)化生物學(xué)家克里斯·芬克（Chris Funk）在討論詹曾的假設(shè)，其間，他們提到了水生昆蟲學(xué)家波夫（Poff）——波夫的整個(gè)職業(yè)生涯都花在了研究河流上，他認(rèn)為每個(gè)季節(jié)河流都會(huì)因水流的變化而變化，也認(rèn)為對(duì)詹曾假設(shè)的研究還能探索出這些因素對(duì)物種適應(yīng)能力和行為的影響。

蜥蜴是世界上熱耐受力最小的生物之一

根據(jù)詹曾假設(shè)推斷，波夫想知道水流大的河流其生物多樣性是否比水流小的河流的多。為此他加入了格爾安博爾、芬克的團(tuán)隊(duì)，來測(cè)試詹曾假設(shè)能否適用于復(fù)雜的河流。因?yàn)闅夂蜃兓粏螁胃淖兞藴囟龋€改變了水流。

EVOTRAC項(xiàng)目開展已有一年半時(shí)間了，雖然科學(xué)家眼下還不能回答 “全球變暖波及環(huán)境變化的情況下，動(dòng)物怎樣進(jìn)化使自己生存下來“這個(gè)問題，但是他們發(fā)現(xiàn)在科羅拉多和厄瓜多爾的河流中蘊(yùn)含著很多神秘的物種——一些外表看似相同，但基因完全不同的生物。如果科學(xué)家先前低估了這些區(qū)域的生物多樣性，或者那些神秘生物能適應(yīng)特定的溫度和水流，那么，兩種情況都能使物種大量消失。

去年夏天，在對(duì)科羅拉多河流經(jīng)的物種進(jìn)行采集后，EVOTRAC團(tuán)隊(duì)順便將飛蟲一并采集打包。在回家的途中路過Poudre峽谷，之前的幾個(gè)星期，那里曾經(jīng)歷了一場(chǎng)大火，長(zhǎng)達(dá)64公里的森林都被燒黑了，大家都有一種緊迫感，飛蟲正在慢慢滅亡；包括厄瓜多爾的冰川，也在快速融化進(jìn)而改變了低處的河流。盡管EVOTRAC團(tuán)隊(duì)想抓緊時(shí)間預(yù)測(cè)全球變暖后的生態(tài)系統(tǒng)的變化，看來還是趕不上氣候變化的速度。