企鵝尸體里的遠古秘密

海生

大衛·蘭伯特是一位澳大利亞進化生物學家，2018年他在南極洲一個企鵝棲息地采集企鵝血樣。他在追趕企鵝時，不小心滑了一跤，待到他爬起來時，突然發現他正站在一個巨大的墓地里，周圍盡是企鵝的尸體。他幾乎是在尸體做成的肉墊上行走。

蘭伯特意識到，他幸運地發現了一個深度冷藏的“檔案館”。而這些遺體屬于安德烈企鵝，使得這批“檔案”彌足珍貴。

安德烈企鵝與眾不同的特點

讓這批“檔案”珍貴的，是安德烈企鵝生活習性上三個與眾不同的特點。

首先是它們的棲息地。不同于帝企鵝（另外一種南極企鵝），安德烈企鵝需要在裸露的地面筑巢，不能在冰上筑巢。筑巢地點能方便進入大海，并且這片海域要有充足的食物。所以，如果你找到了一塊安德烈企鵝的棲息地，就可以知道在它存在的那個年代，這里應該是沒有冰的陸地。

其次，實行一夫一妻制的安德烈企鵝在每年10月，當南極的夏天來臨時，就會從其他地方回來，重新團聚，重建巢穴。一個群落規模非常大，由數十萬對“夫妻”組成。在接下來的幾周里，垃圾堆積起來了：有鳥糞、蛋殼、腐爛的食物殘渣，也有死去的小企鵝和成年企鵝的尸體。

一旦雛鳥長出羽毛，幸存者就會離開，明年夏天再返回，如此循環往復。它們通常會持續幾個世紀年復一年地回到同一地點筑巢。通過這種方式，安德烈企鵝一代又一代在無意中積累下歷史悠久的“檔案”，有些“檔案”最長可達5萬年之久。5萬年前，那個時候人類還處于石器時代呢！

最重要的是第三個特點。安德烈企鵝這一物種至今仍在地球上活著，不像其他留下了冰凍遺骸的動物，很多都已滅絕（如猛犸象），所以科學家拿古代的樣本（死去的企鵝）與現代的樣本（活著的企鵝）進行比較，揭示它們生活環境的演變。

安德烈企鵝與環境氣候

由于安德烈企鵝的這些與眾不同的特點，它們的棲息地對南極的過去、現在和未來的環境提供了豐富的研究資料。譬如，提供有關過去氣候條件、冰架和海冰變化、歷史上人類活動（如捕鯨）的影響，甚至進化機制本身的線索。

在20世紀90年代中期，意大利一個研究小組用放射性碳年代測量法測定了羅斯海沿岸被企鵝遺棄的一塊棲息地的年代，他們發現，在距今3000—4000年前安德烈企鵝群有過一次大繁榮。通過與南極冰芯所記錄的古代歷年的溫度變化進行比較，他們又發現，這次繁盛期與冰芯記錄的氣候回暖期（又叫“間冰期”）在時間上剛好吻合，這表明繁盛的原因要歸功于當時冰川的消退，因為這樣，安德烈企鵝就更容易從棲息地跑到海里覓食。

隨后，科學家重建了從4.4萬年前，即最近一次“間冰期”以來安德烈企鵝生活的畫面。讓人驚訝的是，這些羅斯海岸的棲息地在大約27000—13000年前并不存在。這一情況又與上一個冰期相對應，因為當時世界上最大的冰架——羅斯冰架——正在擴張。在冰架擴張期間，這些地方被冰川所覆蓋，遠離海岸，不適合被選作安德烈企鵝的棲息地。所以，直到在距今3000-4000年前氣候變暖，冰架消退后，安德烈企鵝才到這些地方筑巢。

從企鵝垃圾中考古

雖然安德烈企鵝在棲息地留下了一大片硬邦邦的尸體，不過對于研究環境變遷，有用的倒不是這些尸體，而是它們留下的那些臭烘烘的垃圾：糞便、食物殘渣和蛋殼等。

仔細篩選企鵝糞，你會得到一些魷魚嘴、魚骨頭和“耳石”（魚的內耳中細小的石頭狀結構）。這些東西為我們提供了有關安德烈企鵝的獵物大小、豐富程度以及這一切是怎么隨著時間推移變化的線索。耳石中某些同位素的比例還可以揭示這些魚生活年代海洋的表面溫度。

企鵝糞中還含有食物的DNA，這是打開古代生態的一扇窗口。因為企鵝們四處覓食，它們就像四處活動的“偵察兵”，棲息地附近的任何生態變化都能反映在它們所吃的食物上。例如，研究人員正在對一系列企鵝糞層的DNA進行測序，以便了解安德烈企鵝的飲食結構是如何變化的，由此又可以深入了解過去3萬年中安德烈企鵝與獵物之間的關系。

歷史上人類的活動也留下了印記。研究人員對古企鵝蛋殼同位素的分析表明，在200—300年前，安德烈企鵝吃魚少了，吃磷蝦多了。而據探險家留下的歷史文獻，正是大約200多年前，南極附近的島嶼上出現了海熊和象海豹，導致捕獵者蜂擁而至，隨后又是商業捕鯨者。海熊、象海豹和鯨都是磷蝦的主要掠食者，對這些動物的大規模殺戮，使得磷蝦的數量激增，從而也改變了安德烈企鵝的飲食結構。

把所有這些零零碎碎的東西放在一起，有助于我們預測企鵝以及南極對未來人類活動和氣候變化的影響。例如，研究人員最近繪制了南極洲最大的一塊安德烈企鵝棲息地的變化圖。該棲息地位于羅斯海北部的阿達爾角海岸，大約建立于2000年前，大約1200年前擴張到現在面積的兩倍，后來又萎縮了。棲息地最大時一度延伸到岸邊高地的一塊巖石灘上，后來隨著棲息地的萎縮這塊巖石灘被遺棄了。未來50年內海平面的上升可能會淹沒阿達爾角的棲息地，安德烈企鵝可能會再次移到這塊巖石灘上。

從企鵝尸體考古

前面談的都是如何在安德烈企鵝留下的垃圾中做文章，這些垃圾是研究南極生態變化的好材料，而那些企鵝的遺體則為我們探究進化提供了一個獨特的機會。最近，蘭伯特和他的同事就從安德烈企鵝的DNA入手，研究安德烈企鵝進化的歷史。

由于南極洲是地球上最冷、最干燥的地方，為保存DNA提供了理想的條件。蘭伯特和他的同事從生活于6000年前的企鵝和現今活著的企鵝身上提取DNA，研究了某些等位基因隨著時間的推移是如何表現的。他們發現，有些等位基因已經擴散至現今存在的整個種群，而另一些則已消失不見。

蘭伯特將這一現象與不同安德烈企鵝群落的雜交聯系起來。他猜測，也許是因為巨大的冰山限制了它們的活動，迫使不同的安德烈企鵝群落混住在一起。通過種群之間的雜交，一些“好”的等位基因擴散開來，而另一些“不好”的等位基因被自然淘汰了。

能看到6000年內單個物種DNA的進化，這對于我們尚屬首次。蘭伯特和他的同事計劃對更多死企鵝的基因組進行測序，并將與它們活著的后代的基因組進行比較，看看自然選擇在幾千年的時間跨度上是如何塑造基因的，以及這與不斷變化的環境有什么關系。

等位基因

生物的形態、結構、生理特征稱為性狀，比如人的眼瞼形態就是一種性狀。這種性狀有不同的表現形式：一種是雙眼皮，一種是單眼皮。其中單眼皮為隱性，雙眼皮為顯性。我們把它們稱為相對性狀。性狀又是由基因控制的，控制顯性性狀的為顯性基因（用大寫字母，如A），控制隱性性狀的為隱性基因（用小寫字母，如a）。

我們知道，基因在體細胞DNA上成對出現，所謂的等位基因是指在DNA相同位置上控制著相對性狀的一對基因，比如上面的控制雙眼皮的基因和控制單眼皮的基因就是一對等位基因。等位基因，一個來自父方，一個來自母方。