作者:贺梨萍 来源:澎湃新闻 发布时间:2021/1/2 18:53:53
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《科学》:全球气候变暖会让动物颜色变深还是变浅?

 

气候变暖已经越来越显著地影响到自然生态,那么其对动物的进化会产生怎样的影响?近日,《科学》报道了围绕这一主题的最新争论:随着气候变暖,动物的颜色是会变深还是变浅?

关于气候变暖将如何改变动物的争论其实不算新话题,在19世纪时,人们便开始思考这一问题。当时生物学家发现了多种描述温度对生态和进化影响的“规则”。其中一条规则认为,在炎热的气候下,动物有更大的附属物,比如耳朵、喙等,这样方便散热。

另一种说法则认为,在任何动物群体中,体型最大的动物通常居住在靠近极地的地方,因为较大的身体有助于保存热量。比如北极熊的个头,就要远大于生活在中纬度地区的棕熊。

这被称为“葛洛格法则(Gloger’s rule)”,以德国生物学家康斯坦丁·葛洛格的名字命名的。这条法则概括起来便是:生活在温暖地区的动物外表颜色较深,而生活在寒冷地区的动物外表颜色较浅。

在哺乳动物中,深色的皮肤和毛发被认为可以保护它们免受紫外线的伤害。紫外线在阳光充足的赤道地区最为明显。在鸟类中,深色羽毛中特殊的黑色素似乎还能抵抗细菌的侵扰,这在热带地区也是一个优势。

中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室田力博士与英国布里斯托大学Michael Benton教授对这一古老法则再次燃起兴趣,并在2020年7月Cell出版集团下属期刊《当代生物学》(Current Biology)在线刊登了论文《Predicting biotic responses to future climate warming based on classic ecogeographic rules》(利用经典生态地理法则预测未来气候变暖下的生物响应)。论文介绍和总结了从达尔文时代到上世纪晚期7个以发现者命名的生物法则,这些法则归纳了生物生态/分布与地理气候分区间的重要关联。依据这些经典理论,作者对未来气候继续升温做出了以下7条具体的预测:

1、鸟类和哺乳动物的四肢比例会更长;

2、植物,海洋无脊椎动物,鸟类和哺乳动物的体型会变小;

3、昆虫,鸟类和哺乳动物的体色会加深;

4、哺乳动物的心脏和肺的比例会变小;

5、鱼类的脊椎数量会变小;

6、植物,海洋无脊椎动物,昆虫,鸟类和哺乳动物的物种分布范围可能会变小,生物多样性峰区会向两级漂移;

7、鱼类,昆虫和海洋无脊椎动物会产更多,更小的卵,会有更多的海洋底栖生物靠产生浮游幼虫来进行繁衍。论文写道,自工业革命以来,全球平均温度已经上升了超过1度,国际气候组织预测,到2100年可能会继续上升1-5摄氏度。近现代的多种地表灾难,包括洪水/干旱,飓风,空气污染和瘟疫频发,物种多样性降低,众多物种濒临灭绝,都被认为与气候变化有密切的关联。该论文为部分生物类群会怎样适应未来温室气候变化做出了精准预测,除了告知我们要对这些变化有所准备,更提醒大家要对无法产生这些相关适应的类群或物种投入更多的关注与保护。特别是其中的伯格曼法则,葛洛格法则和艾伦法则是确定适用于人类的,黑森法则和拉伯波特也可能也是适用的,我们需要对未来人类自身的可能变化,更为警觉。

但《当代生物学》(Current Biology)杂志在2020年12月发表的两篇则表明,其他生物学家认为这个问题还远未解决。住在澳大利亚的鸟类学家卡斯帕·德尔莱Kaspar Delhey说,他认为结论不是这么简单的,还有很多工作要做。他为德国的马克斯·普朗克鸟类研究所远程工作。

Delhey在过去几年里一直在研究如何推翻葛洛格法则,用更准确的理论进行替代。他说,该理论一直被各种疑云所包围,部分原因是葛洛格在1833年出版的那本书中列出了他的数据,看起来冗杂和糟糕。

2020年12月早些时候,Delhey和三位同事在《当代生物学》上发表了对田力博士和Benton教授的回应。他们认为葛洛格将温度和湿度混为一谈了。潮湿的环境使植物生长茂盛,这为动物躲避捕食者提供了荫蔽。因此,动物在潮湿的地方往往颜色更深,以伪装自己。Delhey说,许多温暖的地方是潮湿的,但潮湿又凉爽的森林也是有的,比如塔斯马尼亚的森林,那里有最黑的鸟类。

Delhey表示,如果加入湿度的变量,葛洛格法则就会被推翻,因为气候变暖会导致动物颜色变浅。他说,冷血动物尤其如此。昆虫和爬行动物依赖外部热源,在寒冷的地方,它们黑暗的外表有助于吸收阳光。在温暖的气候中,这种需求就没那么急迫,这些动物的颜色最终会变浅。

田力博士和Benton教授表示他们对学术澄清持欢迎态度。在回应Delhey小组时,他们引用了一些案例,证明他们对温暖气候下动物颜色变深的预测是正确的。比如,芬兰的黄褐色猫头鹰要么是黄褐色的,要么是浅灰色的,浅灰色可以作为雪地的伪装。但随着芬兰积雪的减少,黄褐色猫头鹰的数量从20世纪60年代初的12%增加到2010年的40%。

但他们也承认,当温度和湿度都发生变化时,对气候驱动的颜色效应的预测就变得特别复杂。气候模型预测,亚马逊将变得越来越热、越来越干燥,各方一致认为这将使动物的变淡。但西伯利亚的寒带森林可能会变得更热更潮湿,在这种情况下,温度和湿度的预测会发生冲突。Benton教授表示,与物理或化学不同,生物定律“不是绝对的,它不像重力”。

即使总体趋势不变,也很难预测单个物种将如何变化。西雅图华盛顿大学的生物学家劳伦·巴克利(Lauren Buckley)对高海拔地区的蝴蝶颜色进行了研究。蝴蝶通过晒太阳来吸收热量,但实际上蝴蝶只有翅膀下方的一小部分吸收了热量。如不知道这一点,人们可能会对整个翅膀的颜色进行量化,但实际上这并不重要。总之,人们需要全面思考生物体是如何与环境相互作用的。

颜色的变化也可能取决于动物的温度调节系统:冷血动物颜色变得更浅,但鸟类和哺乳动物表现出更多样化的结果。为了改进预测,巴克利建议使用博物馆标本来拓宽研究的时间跨度,尽管博物馆里的标本颜色会随着时间的推移而褪色。田力博士则计划用甲壳虫和软体动物在温室内进行实验,积极尝试诱导颜色的变化。

不过,如果人类未能有力遏制气候变暖,则越来越多的动物变化数据或将为这一争论带来最终的答案。但如果这真的发生了,意味着将有众多物种走向灭绝,那这将是一个遗憾的结果。

 
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