动物正在寻找方法来适应不断升高的气温

目前,很快我们就要对全球很多种动物及植物说再见了。根据2019年联合国的一项报告,现在有100万种物种有灭绝的危险。今年《自然》发表的一篇研究文章里,研究人员发现热带海洋的生态系统可能从2030年开始崩溃,而森林和山中的生态系统将从2050年开始崩溃。其他报告也发现了假设我们继续按照目前的速率让地球升温,到2100年将有一半的动物失去超过50%的栖息地。生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES)的主席Robert Watson先生在2019年时说道,我们人类正在一幅“不祥之景”的前面。

但是,有些物种会延续下去。鸟类提前迁徙,海龟变更线路,北美驯鹿在早春产仔,动物们已经开始改变行为来适应。但如果我们什么都不做,它们又该如何在每年都在不断升高打破记录的全球气温下存活呢?

耶鲁大学的进化遗传学家Marta Muñoz说,该问题的答案是个仍在进行中的进化学谜题。我们队动物如何使用不同策略来进行温度调节的理解还是较近期的事儿。“你会觉得这个概念是18世纪初的事儿,对吧?但完全不是,”Muñoz说,“这个概念在1944年才形成。我们是在意识到温度调节后的10年内发现的DNA结构。”

动物进化出温度调节有两种方式。它们要么消耗能量来维持稳定的体温,也就是温血动物选择的方式,要么策略性的减慢或者加速自身的新陈代谢来适应外部温度,也就是两栖动物、爬行动物、昆虫和大多数水下生物采用的策略。(这也是为什么当迈阿密的天气变得异常寒冷时,你会见到鬣蜥从树上掉下来——因为它们的新陈代谢变的缓慢到肌肉停止工作。)

Muñoz表示,但无论一种动物选择哪种方式,高温永远都会背负更大的负担。在她的研究中,她已经证明蜥蜴抵御较寒冷气温的能力比它们承受高温的能力进化速度要快10倍。这或许能解释当气温过低时,动物要么适应特定的环境,要么是不断尝试着去适应,至死方休。她说:“寒冷下没有退路,你既无法躲藏也没法逃避。”相对来说,蜥蜴总能在阳光直射的高温下找到一处明显凉爽的荫凉处。经过千年,动物们通过迁徙来适应较热的气温这一事实减缓了它们进化出用于应对极热气温的身体特性的脚步。

蝴蝶也有类似的行为。剑桥大学的研究人员Andrew Balden说,这些昆虫依靠寻找森林中凉爽区域或者将翅膀张成特定角度来反射太阳光的方式来适应高温。近期,他的团队捕捉并测量了16个种类超4000只的蝴蝶体温。他们细心地记录下来这些蝴蝶是通过占据一处较为凉爽的微气候还是通过将翅膀展开成不同角度来调节体温,并将发现发表在了今年9月份的《动物生态学期刊》上。

他说:“我们发现,那些更依赖于利用微气候的种类是过去40年种群缩减最严重的。”同期种群数量增加的蝴蝶种类则是那些以特定方式展翅来适应较高气温的。这意味着从长期来看,种群中一些个体行为的简单调整能够改变一个物种的命运。

但其后变化不仅是气温的稳步上升。它也预示着陡然的急剧气温变化,会使有机体遭受打击。海洋生态学家Diana Madeira说,熬过这些或许会和气候变化加剧一样频繁的异常事件将最终重塑生态系统。在她的实验室中,她一直在试着弄清那些在这些恶劣条件存活下来的不同种类的鱼是怎样的“装备精良”。

她发现欧洲鱼类中最重要的种类之一——大西洋鲷——能在30摄氏度的水温中存活28天,而假如气候危机没有被阻止或是拖延,预计到2100年热浪袭来时欧洲海域的水温就会达到30摄氏度。28天之后,它们的身体组织会开始出现无法修复的损伤,导致死亡。

若是热浪来袭时,鲷鱼还是幼体或者是些没有经验的家伙会怎样?近期她发现海鲷鱼的幼体非常不耐极端的高温——它们游不出温暖的水域,但是年轻的鱼非常擅长逃离。Madeira 解释说,成年的鱼可能也不太行,因为它们的大量精力都花费在繁殖上。每个种类的鱼之间的情况各有不同——其他的或许会选择短期苟活,但是从一个世代的水平上来看损失惨重。“它们会做一笔交易。好比,‘好吧,我能活下去,但是之后我就不会下那么多卵,或者是我不会长那么大了’。”

德国康斯坦茨大学的研究者Trevor Fristoe表示,对于哺乳类和鸟类来说,保持凉爽不是为了防止身体衰竭,而是消耗能量来调节内部体温。温血动物不像蜥蜴和鱼那样在极端高温下快速衰竭。为了维持体温凉爽,它们演变出不同的策略,像是出汗、拉屎,或者忽扇着大耳朵来控制周围的气流。少数一些,比如灵长类和马,进化出了通过皮肤蒸发水分来保持凉爽。为了排出汗水,我们的身体会消耗能量,于是会让我们内部体温升高更多。这一循环如果持续时间过长,就会出现中暑。研究发现,温血动物能够达到还能存活的最高体温是40.5摄氏度至47.8摄氏度。

为了弄清动物适应极端高温的程度是怎样的,Fristoe在2015年开展了一项研究,观察了211种鸟类和178种哺乳类进化的情况。Fristoe解释说,从进化学的角度上看,作为温血动物想要在高温下存活就意味着体型、身形、新陈代谢的速度以及皮肤暴露的程度之间有着一个巧妙的平衡。他发现,体型在适应温度上不是关键的,因为全世界到处都有体型硕大和微小的动物。在鸟类中,新陈代谢速度尤为重要,而体毛或者脂肪堆积这样的隔绝机制对哺乳类很重要。

但是他的模型忽略了Marta Muñoz蜥蜴研究一直想要弄清的东西:行为。近期,研究人员发现斑胸草雀在约44摄氏度的气温下照料卵的时候,还会进行快节奏、声音尖锐的“高温鸣叫”,似乎比它们热时采用安静、急促的呼吸更有效。这些高温鸣叫能够减慢未孵化下一代的生长,它们以后也会比父母更加耐高温。更容易理解的研究表明,行为似乎是温血动物应对高温最重要的工具。

对动物来说,温度只是因人类活动而出现改变的诸多事情之一。海洋的酸化、去森林化的增加以及城市化、污染和气候模式的改变将会为各个物种带来额外的挑战。研究人员相信动物也会利用行为上的技巧来适应那些额外的挑战。但是正如Madeira指出的那样,“有时我们针对一个因素得出的结论并不适用于同时发生的所有事情”。

原文:https://www.popsci.com/story/science/animals-adaptations-to-climate-change-and-increased-heat/

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