標(biāo)本室里的氣候變化故事

葉謙，博士，北京師范大學(xué)地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授，曾任中國(guó)氣象科學(xué)研究院兼職研究員，中國(guó)氣象局華風(fēng)影視集團(tuán)高級(jí)顧問(wèn)、世界氣象組織北京2008年奧運(yùn)會(huì)預(yù)報(bào)演示項(xiàng)目社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)價(jià)課題首席科學(xué)家。現(xiàn)任國(guó)際全球環(huán)境變化人文影響中國(guó)委員會(huì)（CNC-IHDP）副秘書(shū)長(zhǎng)、國(guó)際全球環(huán)境變化人文影響計(jì)劃（IHDP）主任特別顧問(wèn)，IHDP核心計(jì)劃綜合風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃執(zhí)行主任。研究領(lǐng)域包括：衛(wèi)星氣候?qū)W、氣候變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響及全球變化等。

2015年是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論發(fā)表100周年。雖然早在1905年愛(ài)因斯坦就發(fā)表了狹義相對(duì)論，并在10年后完成了廣義相對(duì)論的理論證明，但直到1919年，英國(guó)天文學(xué)家們通過(guò)在南美洲和非洲發(fā)生的日全食觀測(cè)（圖1），才最終證明了相對(duì)論是經(jīng)得起實(shí)驗(yàn)考驗(yàn)的科學(xué)理論，也使愛(ài)因斯坦的聲名一下子全世界家喻戶(hù)曉。

相比理論物理學(xué)，生物學(xué)為了證明一個(gè)物種的存在，更是以眼見(jiàn)為實(shí)為最高標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)大多數(shù)生物學(xué)家而言，雖然一些替代技術(shù)，比如獲取動(dòng)植物的DNA或者通過(guò)聲像資料記錄新發(fā)現(xiàn)，但要確認(rèn)地球上還不為人所知的新物種，標(biāo)本仍然是必不可少的工具。標(biāo)本館也就成為生物學(xué)家開(kāi)展生物分類(lèi)區(qū)系、形態(tài)解剖與系統(tǒng)進(jìn)化研究的基礎(chǔ)信息庫(kù)。

在管理完善的標(biāo)本館，每一件標(biāo)本都富含可為各個(gè)學(xué)科所用的科學(xué)信息。例如，標(biāo)本所附帶著的相應(yīng)標(biāo)簽，上面就記載著該標(biāo)本采集的地點(diǎn)、時(shí)間和周邊環(huán)境等，生物學(xué)家和地理學(xué)家可以由此得到大量生物形態(tài)學(xué)、生態(tài)學(xué)、地理環(huán)境和氣候演變等真實(shí)信息。最近，美國(guó)科學(xué)家就通過(guò)對(duì)比不同時(shí)段生物標(biāo)本的變化，揭示了生物適應(yīng)氣候變化的進(jìn)化過(guò)程。

與其他蜜蜂不一樣，在北美落基山脈高原地區(qū)生活的熊蜂擁有一根“長(zhǎng)舌頭”，它曾經(jīng)幫助熊蜂更有效地采取花蜜（圖2）。然而，當(dāng)科學(xué)家將20122014年間采集的熊蜂樣本跟19661980年間儲(chǔ)存在標(biāo)本館的熊蜂標(biāo)本作比較時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，50年前熊蜂有著長(zhǎng)達(dá)8mm的“舌頭”，而今天的“舌頭”平均僅有5mm。在不足半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，熊蜂的“舌頭”縮短了將近一半！

對(duì)熊蜂在這么短時(shí)間內(nèi)“舌頭”的變短，科學(xué)家開(kāi)始給出最直接的假設(shè)，一是這數(shù)十年間熊蜂的個(gè)體變小了，相應(yīng)地“舌頭”自然也就短了；二是熊蜂最?lèi)?ài)吃的那些花冠較長(zhǎng)的花朵變短了，因此熊蜂也改進(jìn)了“取食工具”。科學(xué)家進(jìn)一步的測(cè)量分析發(fā)現(xiàn)，熊蜂大小和它所食用長(zhǎng)花冠花朵的性狀都和幾十年前并無(wú)區(qū)別，這兩種直覺(jué)假設(shè)都不成立。

對(duì)熊蜂生存環(huán)境變化的進(jìn)一步分析為科學(xué)家解釋熊蜂“舌頭”變短提供了線(xiàn)索。50年前，熊蜂是高原地區(qū)蜜蜂群體的主宰，數(shù)量超過(guò)了該地區(qū)蜂群總量的60%，而深度超過(guò)12mm的花朵大量存在，足以滿(mǎn)足長(zhǎng)“舌頭”熊蜂的胃口。在過(guò)去的數(shù)十年間，隨著全球氣候逐年變暖，溫度漸漸升高的高原地區(qū)已不再是熊蜂的專(zhuān)屬區(qū)。從低海拔地區(qū)逐漸遷徙上來(lái)的蜂群，成為熊蜂最直接的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，熊蜂數(shù)量大幅度下降到目前僅占群體總量的30%。由于氣溫變暖和土壤變干，雖然對(duì)高山地區(qū)的花朵形態(tài)影響不大，但相較50年前，花朵數(shù)量卻減少了大約2/3（圖3）。

在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手大幅度增加而傳統(tǒng)食物源急劇減少的情況下，熊蜂為了生存不得不拓展自己的采食范圍。幾十年前，熊蜂幾乎不會(huì)采食花朵深度小于12mm的花，今天，它們卻不得不開(kāi)始向深度僅有5mm左右的花朵下手。熊蜂所擁有的“長(zhǎng)舌頭”原本是用來(lái)幫助它們專(zhuān)門(mén)去夠到深處的花蜜的，但在吸食短小的花朵時(shí)，用“長(zhǎng)舌頭”來(lái)吸就要花費(fèi)更多的能量，不僅不會(huì)為取食帶來(lái)優(yōu)勢(shì)，還會(huì)成為競(jìng)爭(zhēng)的負(fù)擔(dān)。因此，在這50多年的時(shí)間里，熊蜂原本為吸食某類(lèi)花朵而進(jìn)化所得的“長(zhǎng)舌頭”，又由于生存環(huán)境的變化而快速變短了。

由于熊蜂可以居住在其他蜜蜂們不能住的地方，如高原地區(qū)，因此，它是一種特別重要的授粉昆蟲(chóng)。另外，熊蜂也比蜜蜂絨毛多，能攜帶更多花粉，增加傳播花粉效率，因此，熊蜂是否能夠盡快適應(yīng)氣候變化對(duì)于人類(lèi)生產(chǎn)和生活有著重要意義。雖然科學(xué)家的研究表明，熊蜂可以較快地適應(yīng)高原棲息區(qū)的環(huán)境變化，但是，隨著氣候變化的進(jìn)一步加劇，留給熊蜂的生存區(qū)域?qū)?huì)越來(lái)越少了，僅僅靠熊蜂自身的適應(yīng)能力可能還是難以擺脫氣候變化所造成的滅頂之災(zāi)！