現(xiàn)實(shí)版“卡爾文”加拉帕戈斯群島的獨(dú)特物種

簡·帕爾默

一部科幻驚悚《異星覺醒》電影讓我們記住了人類在空間站喚醒的火星生物“卡爾文”，它那發(fā)達(dá)的肌肉組織、縝密的思維邏輯，讓觀眾手心出汗。現(xiàn)實(shí)世界里，人類未知的生物還有很多很多，就像達(dá)爾文帶我們探尋的加拉帕戈斯群島，未知生物的發(fā)掘還在繼續(xù)。

大約1400萬年前，距離厄瓜多爾海岸西部大約1000公里（約600英里）的太平洋上，幾座火山浮出了海平面。這些山峰就是早期加拉帕戈斯群島。現(xiàn)在群島由19個(gè)較大的火山島和120個(gè)較小的火山島組成。加拉帕戈斯群島是一個(gè)生活著很多稀奇古怪的生物的家園，如巨型龜、海洋鬣蜥和藍(lán)腳鰹鳥。

物種起源靈感地

當(dāng)查爾斯·達(dá)爾文1835年在加拉帕戈斯群島的圣克里斯托瓦爾島登陸時(shí)，他把這個(gè)炎熱、塵土飛揚(yáng)的地方比作地獄。但他的此次旅行后來給了他啟發(fā)，使他想到了自然選擇的進(jìn)化論，而這最終讓他寫成《物種起源》。

從那以后，加拉帕戈斯就成為生物學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家的靈感來源。不過，雖然他們?cè)谶@個(gè)大自然的實(shí)驗(yàn)室里做出了許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)，但加拉帕戈斯仍然籠罩著一層神秘的面紗。

愛達(dá)荷大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家丹尼斯·蓋斯特說，“我們有很多佐證，但是我們尚未就加拉帕戈斯生物進(jìn)化細(xì)節(jié)方面取得進(jìn)展，而關(guān)鍵之處就隱藏在這些細(xì)節(jié)之中。”

加拉帕戈斯群島孕育了世界上獨(dú)一無二的生態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)物，例如加拉帕戈斯海狗和沒有飛行能力的鸕鶿。為了了解這種獨(dú)特性產(chǎn)生的原因，科學(xué)家已經(jīng)開始把目光轉(zhuǎn)向生物學(xué)以外，研究島嶼的地質(zhì)歷史。

加拉帕戈斯群島的起源是“熱點(diǎn)”，地球內(nèi)部的巖漿在“熱點(diǎn)”穿透地殼，在海底形成火山。熱點(diǎn)本身是靜止的，但在這里形成的火山卻不是。它們位于納斯卡板塊上，以每年約4厘米的速度自西向東行進(jìn)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)就意味著較早的一部分島嶼——其中一些現(xiàn)在已經(jīng)在水面之下被完全侵蝕——位于東部。最年輕的費(fèi)爾南迪納島目前仍然坐在熱點(diǎn)的頂端。

加拉帕戈斯的作用

愛達(dá)荷大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家埃里克·米特爾斯泰特說：“加拉帕戈斯是一條大型的輸送帶，它創(chuàng)造新的島嶼和生命，而動(dòng)物和植物從較早的島遷移出來。等到一些島嶼停止上升活動(dòng)，并開始受到侵蝕和沉入海洋，生活在那上面的動(dòng)物和植物就會(huì)遷移到下一批島嶼。”

一開始，第一批島嶼就像不適宜生存的火山熔巖一樣。但是后來，“山”與大氣相互作用形成降雨。經(jīng)過幾千年，雨水侵蝕玄武巖熔巖形成土壤。土壤的到來是生命開始的一個(gè)信號(hào)。

蕨類植物、苔蘚和地衣的孢子以及小昆蟲甚至小蝸牛可能是被風(fēng)吹到島上。然后這些食物就把鳥吸引過來。

普林斯頓大學(xué)生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)榮譽(yù)教授彼得·格蘭特說：“先到達(dá)這里的很可能是周圍水域的海鳥。它們把微生物帶到這里，因?yàn)槲⑸飻?shù)量龐大，很小，并且很容易散播。植物的種子可能是搭了海鳥的便車，或者是從南美被吹來，或是飄浮在海面上來到這里。”

海洋動(dòng)物——包括海獅，海龜或企鵝的祖先——很可能是游到島上來，而許多爬行動(dòng)物和小型哺乳動(dòng)物——比如稻鼠——可能是附在大片植被上，從陸地漂浮這里來。

群島生態(tài)系統(tǒng)

爬行動(dòng)物比哺乳動(dòng)物更適合應(yīng)對(duì)海上的惡劣條件，包括咸的海水和陽光。這就解釋了為什么現(xiàn)在只有六種哺乳動(dòng)物生活在加拉帕戈斯群島，其中包括加拉帕戈斯海狗和加拉帕戈斯海獅。

島嶼上獨(dú)一無二的是加拉帕戈斯巨龜，它是現(xiàn)有烏龜中最大的一類，有的重達(dá)417公斤。

但是，加拉帕戈斯群島生物與眾不同的名聲并不僅僅因?yàn)樗c世隔絕和這里的火山特性。生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的獨(dú)特之處可能與以下事實(shí)有關(guān)：這些島嶼位于赤道上，并受到被稱為“赤道潛流”的快速洋流的沖擊。這種類似噴氣式的洋流位于海面以下100米深處，自西向東以每秒一米以上的速度流動(dòng)。

科羅拉多大學(xué)大氣和海洋科學(xué)教授克里斯托弗·卡爾努斯卡斯說：“加拉帕戈斯恰好在赤道上，并且它的大小恰好可以影響到洋流。不過，這也導(dǎo)致這里發(fā)展出一個(gè)不同于地球上其他任何地方的生態(tài)系統(tǒng)。”

隨著洋流沖入西部島嶼，它將營養(yǎng)密集的較冷的水從較深的海洋向上推。一旦尚未被任何海洋動(dòng)物觸碰的營養(yǎng)物質(zhì)到達(dá)陽光照射區(qū)，光合作用便會(huì)開始起作用，卡爾努斯卡斯說。這種生產(chǎn)力為島上的海洋生物提供了養(yǎng)料，涼爽的水為這里創(chuàng)造了一個(gè)在熱帶地區(qū)通常不會(huì)出現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)。

“在群島的不同地方，有的可能非常像熱帶，也有的地方可能有寒冷的水，”卡爾努斯卡斯說。

西部島嶼較低的海洋溫度為加拉帕戈斯企鵝提供食物和良好的生活環(huán)境，它們中的90%生活在西部的伊莎貝拉島和費(fèi)爾南迪納島。“它們?cè)谀抢锸且驗(yàn)樗鼈兊氖澄镌谀抢铮鼈冊(cè)谀抢锓敝车煤芎檬且驗(yàn)樗鼈兪抢渌锓N，” 卡爾努斯卡斯說。“但東部更像是熱帶。”

卡爾努斯卡斯和米特爾斯泰特假設(shè)赤道潛流與島嶼的初次碰撞造成了加拉帕戈斯的生物爆炸式增長。卡爾努斯卡斯說，這一事件標(biāo)志著島嶼生態(tài)系統(tǒng)的一次重大轉(zhuǎn)折，它成為維持今天存在的各種生物活動(dòng)的潛在力量。“整個(gè)島嶼的生態(tài)系統(tǒng)在這股上升流的促進(jìn)下蓬勃發(fā)展。”

地質(zhì)背景建立聯(lián)系

為了研究這一事件的時(shí)機(jī)，科學(xué)家們開發(fā)了兩種不同的模型。第一個(gè)在時(shí)間上倒推，重建數(shù)百萬年間島嶼的大小和形狀變化。然后，他們使用這些信息，對(duì)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)及所對(duì)應(yīng)的島嶼配置模擬周圍海洋的洋流和溫度模式。

這些模型表明，200萬年前，赤道潛流經(jīng)過該地區(qū)。但在150萬年前，一個(gè)島嶼阻擋了它的通行。然后，該團(tuán)隊(duì)查看了從加拉帕戈斯群島和南美洲附近的海底采集的沉積物巖芯的數(shù)據(jù)。這些巖芯描繪出了數(shù)百萬年間海面溫度的變化。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，大約160萬年前，海洋氣溫發(fā)生了巨大的變化。

卡諾斯卡斯說：“大約在那個(gè)時(shí)候，島上發(fā)生了變化，造成了我們?cè)诠艢夂驍?shù)據(jù)中看到的情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)那是對(duì)我們模型中發(fā)現(xiàn)的情況的一種完全獨(dú)立的驗(yàn)證。”

大概在那個(gè)時(shí)候，加拉帕戈斯群島終于大到可以阻擋住“潛流”了。 “生態(tài)系統(tǒng)的影響是非常直接的，”卡爾努斯卡斯說，“那時(shí)，生物開始蓬勃發(fā)展。”

這一事件影響到了海洋生物的生態(tài)和進(jìn)化，并且可能改變了土地上新植物和動(dòng)物物種的生存條件，格蘭特說。不過，如果說這次碰撞——它很可能在二萬年前開始——啟動(dòng)了加拉帕戈斯的生物進(jìn)化，那么其他地質(zhì)事件也一直在對(duì)生物進(jìn)化產(chǎn)生著影響。

在島嶼首次浮出海面后，海平面不斷的下降，上升，再下降。蓋斯特說：“在過去的300萬年里，它如此上下浮動(dòng)了約30次。”

根據(jù)中國香港大學(xué)的賈森·阿里和澳大利亞悉尼大學(xué)的喬納森·艾奇森2014年的研究，這些波動(dòng)可能大大改變了加拉帕戈斯的地理布局，這反過來又對(duì)島嶼的生物系統(tǒng)造成了影響。

阿里通過研究該地區(qū)的海底發(fā)現(xiàn)，群島中心的水域較淺，也許只有200米深。他們估計(jì)，兩萬年前的海平面比目前水平低144米。阿里估計(jì)，如果回到63萬年前，海平面可能比現(xiàn)在低210米。這比群島某些地方的海底低。

“我意識(shí)到，其中的一些島嶼必定在過去的某個(gè)時(shí)候曾經(jīng)是相連接的。”阿里說，“那時(shí)有可能在島嶼之間走動(dòng)。”島嶼之間的橋梁可能擴(kuò)大了陸地動(dòng)物的活動(dòng)范圍，如陸鬣蜥、葉趾壁虎和游蛇。

當(dāng)科學(xué)家進(jìn)一步觀察時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)相連的島嶼擁有相同的生物系統(tǒng)，而邊緣的島嶼則有自己的生物系統(tǒng)。阿里說：“只有當(dāng)你了解了地質(zhì)背景，你才能建立這樣的聯(lián)系。”

兩種不同種類的蛇占據(jù)了群島的核心島嶼。科學(xué)家認(rèn)為，13.8萬多年前，它們共同的祖先曾在島嶼之間游走。

然后，當(dāng)海平面再次升高時(shí)，蛇被分隔開，西部島嶼的進(jìn)化為Pseudalsophis slevini，東部則進(jìn)化成Pseudalsophis dorsalis。

格蘭特說：“一般來說，被隔離在島嶼上的生物就會(huì)適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境。而一旦隔離消除，當(dāng)海平面下降，島嶼重新相連時(shí)，就會(huì)發(fā)生相反的情況——此前被分隔開的生物又會(huì)開始混居。”

最后，雖然火山爆發(fā)通過創(chuàng)造島嶼的方式為加拉帕戈斯上的生命提供了基礎(chǔ)，火山其實(shí)一直在持續(xù)影響著生態(tài)系統(tǒng)。費(fèi)爾南迪納島每兩三年發(fā)生一次火山噴發(fā)，噴出的巖漿沿山坡流下。米特爾斯泰特說：“巖漿直接流過的一些地方會(huì)殺死一些物種，但也可能將動(dòng)物分成兩組，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)跨越熔流。”

在島上，一種獨(dú)特的龜類通常棲息在每座火山的周圍。目前，阿爾塞多火山是加拉帕戈斯烏龜最多的地區(qū)，估計(jì)有3000～5000只。

但是當(dāng)生物學(xué)家研究阿爾塞多龜?shù)倪z傳變異性時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了遺傳瓶頸，即在8.8萬年前該物種的多樣性縮小。蓋斯特使用鉀氬年齡測定法估計(jì)出阿爾塞多火山在那段時(shí)間內(nèi)的爆發(fā)相當(dāng)劇烈。

蓋斯特說：“這似乎導(dǎo)致一種龜類近乎滅絕。在這場大災(zāi)變之后，基本上只留下了一只雌龜。”生物學(xué)家估計(jì)，生活在阿爾塞多火山上的烏龜91%都是這只幸運(yùn)雌龜?shù)暮蟠?/p>

格蘭特說：“通過年齡測定法，地質(zhì)學(xué)家可以描述和解釋地球物理事件，幫助生物學(xué)家了解過去的環(huán)境和變化，及其對(duì)動(dòng)物、植物和微生物的影響。”

人類影響造成破壞

地質(zhì)變化對(duì)加拉帕戈斯生態(tài)系統(tǒng)的影響仍在持續(xù)，有時(shí)甚至很短的時(shí)間內(nèi)也十分明顯。2015年，群島最高的沃爾夫火山爆發(fā)，潛在威脅到了世界上唯一的粉紅鬣蜥群體。但是，關(guān)于未來這里的生態(tài)系統(tǒng)將如何繼續(xù)變化，人類似乎是主要的影響者。

過去幾個(gè)世紀(jì)以來，游客們帶來了螞蟻、山羊和黑莓，這些都對(duì)一些在加拉帕戈斯長期生活的物種造成了傷害。由于人類活動(dòng)導(dǎo)致的氣候變化，海平面正在上升，這也有可能導(dǎo)致物種滅絕。

蓋斯特說：“回顧過去，地質(zhì)學(xué)和生物體系密切相關(guān)。但是，展望未來，與人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響相比，即使在人類的時(shí)間尺度上，地質(zhì)變化的作用也不太可能占據(jù)重要地位。”？笏（摘自英國廣播公司新聞網(wǎng)）（編輯/華生）