適應氣候：能變通就能生存

江澤珍/編譯

氣候變化重新激發起人們對上世紀60年代“詹曾假設”的興趣

● 1967年，美國生物學家丹尼爾·詹曾提出了一個假設：即熱帶物種要穿越山峰到達一個新的領域是很困難的，因為它們已經適應了當地的氣候。目前“詹曾假設”被重新提及并由此形成了一項為期五年的EVOTRAC計劃，意在檢驗該假設及氣候變化是怎樣影響生物多樣性的。

去年夏天，在洛基山脈的山腳下，一群來自科羅拉多大學的研究人員聚集在河流的周圍。一些人在河邊測量水溫、水流速度以及其化學成分，另一些人則涉入水中用平底網捕捉一些昆蟲。其中，水生生物學家勒羅伊·波夫（LeRoy Poff）將捕獲的石蠅、石蠶蛾和蜉蝣等生物篩選分類后，分別放入工具箱中不同的小瓶子里。回實驗室后，這些生物在顯微鏡下還會被進一步分類，然后進行遺傳基因編碼。

EVOTRAC項目

在過去的一年半中，這支隊伍在科羅拉多的25條河流、厄瓜多爾安第斯山脈的26條河流重復這一過程，以研究這兩個地區的大氣溫度與水流是怎樣影響生物變異的。這一研究是一個五年研究項目的一部分，叫做EVOTRAC（有機體在面對海拔和氣候變化時的進化與生物變異），旨在探索在全球變暖以及環境變化的情況下，動物是怎樣進化使自己生存下來。

推出這個項目，部分是為了檢驗生物學家丹尼爾·詹曾（Daniel Janzen）在1967年所提出的一個具有影響力的假設：即熱帶物種要穿越山峰到達一個新的領域是很困難的。因為它們已經適應了當地的氣候，也從來沒有經歷過極端的冷熱氣候（當時還沒有全球變暖一說）。而現在，詹曾的假設又被重新提出并作為引子去研究氣候變化是怎樣影響生物多樣性的。

盡管詹曾的假設被廣泛認同，但是其大多數結論還沒有經過直接檢驗。EVOTRAC團隊以及其他的生物學家不僅在彌補這一缺陷，范圍還拓展到了氣候影響溫度因素以外的其他環境因素，包括河流狀況。如果假設成立的話，就意味著熱帶物種對于氣候變化是尤其敏感脆弱的，盡管極地的溫度比熱帶的溫度要上升很多。這項假設還能幫助研究人員制定對待氣候變化的保護計劃。

詹曾是在上世紀60年代中期有了這一想法的。那時還是堪薩斯大學年輕的生態學家的他，正帶領20個美國學生和一名哥斯達黎加的助手在哥斯達黎加旅游。旅行是從助手的家鄉圣何塞開始的，那里有著非常“平和”的天氣。詹曾說：“不是很冷也不是很熱，不是很干也不是很濕。”從那里出發，他們來到了一個位于海平面的干燥的熱帶森林，那里的天氣稍微熱一點。在講課的過程中，詹曾注意到他的助手不斷地在冒汗：“我看了看我的學生，他們沒有一個人在出汗。”

隨后，他們一行又到了一個海拔3 000米的寒冷的濕地森林，詹曾注意到他的助手在身上裹了好幾條毯子，而其他人只披了一層薄薄的棉布單。“我意識到他是在圣何塞度過的，這相當于一直住在溫度穩定的環境中，”詹曾說，“由此我突然想到，周圍的這些熱帶動植物是生活在它們所適應的溫度范圍內的，溫差不是很大。”

詹曾因此推測，這些熱帶物種從不經歷季節性更替，在所處的海拔中，它們能適應的溫度變化不會很大。“這使得絕大多數的生物無法穿越山峰到臨近的村莊，這就限制了其基因的傳播以及熱帶生物多樣性的增加。”

驗證“詹曾假設”

當詹曾發表這一假設時，這類需要被檢驗的大型跨學科的研究一時難以得到經費上的支持。上世紀90年代末，一名蒙大拿大學博士生卡梅倫·格爾安博爾（Cameron Ghalambor）在讀了詹曾的論文后感慨道：“這是我讀過的最好的論文之一。”他驚訝于氣候能影響物種發展史和生命周期這一想法，也驚訝氣候能約束生物的多樣性。他告訴他的導師，想對這一假設做一些研究，但被拒絕了。后者告訴他：“這不是你在博士研究項目里能做的，這是要花你一生的時間去研究的！”

然而，其他的生物學家也想到這一點了。“詹曾的理論很獨特，它涉及的領域包括氣候變化、生理生態、進化原則，等等，”科羅拉多博爾德大學的進化生物學家克里斯蒂·麥凱恩 （Christy McCain）說道。受詹曾假設的啟發，麥凱恩花了近十年時間，將80年來從170座山上收集到的1.65萬種物種數據進行了梳理。

“我對低緯度山峰物種對于溫度變化適應范圍是否越來越小進行了檢驗，”麥凱恩說。這是詹曾對氣候多樣性假設的第一部分：海拔越低，物種適應的溫度范圍越小。她在2009年發表了結論：“蝙蝠、鳥類、青蛙、蠑螈、蜥蜴和蛇都有這類傾向。如果從高海拔向低海拔過渡，你會發現這些生物適應的溫度范圍是呈線性下降的。”然而，麥凱恩發現嚙齒類動物卻截然相反。關于這一點，她仍然在努力地研究。

一只厄瓜多爾的蜉蝣揭示了氣候變化對其產生的影響

包括格爾安博爾在2006年也發表過相似的論文。他和華盛頓大學的科學家對相關脊椎動物進行了研究，其中包括對溫度極其敏感的爬行動物，他們發現熱帶爬行動物所能適應的溫度變化要比溫帶物種小很多。格爾安博爾團隊為此想了解，詹曾的假設是否還能用來測試出一種對于氣候變化最脆弱的物種。

2008年，格爾安博爾加入了雷蒙德·休伊（Raymound Huey）的研究團隊，對蜥蜴以及不同緯度的其他生物的生理耐受性進行了研究。該團隊發現——誠如詹曾的假設——適合熱帶物種的最佳溫度十分接近于它們近期所處的溫度環境。這就意味著當溫度升高時，那些動物就會很浮躁。

“生活在熱帶低地森林里的蜥蜴是世界上熱忍耐力最小的生物，”休伊說，“那里的溫度從來不會超過32℃，而蜥蜴在36℃或37℃時就會出現熱應激生理反應。”格爾安博爾接著說：“從蜥蜴的生理耐受性來看，在熱帶地區只要升溫一點點，許多生物就會失控。”

重溫爬行動物

為了驗證這一想法，休伊重新組建了他的團隊，這些成員他從研究生時就認識了，而且在上世紀70年代，他們都在波多黎各從事蜥蜴的研究。借鑒以往的數據，他們制定了新的方法來探究島上的蜥蜴能否適應溫度上升抑或會出熱應激現象。

而在科羅拉多，格爾安博爾和進化生物學家克里斯·芬克（Chris Funk）在討論詹曾的假設，其間，他們提到了水生昆蟲學家波夫（Poff）——波夫的整個職業生涯都花在了研究河流上，他認為每個季節河流都會因水流的變化而變化，也認為對詹曾假設的研究還能探索出這些因素對物種適應能力和行為的影響。

蜥蜴是世界上熱耐受力最小的生物之一

根據詹曾假設推斷，波夫想知道水流大的河流其生物多樣性是否比水流小的河流的多。為此他加入了格爾安博爾、芬克的團隊，來測試詹曾假設能否適用于復雜的河流。因為氣候變化不單單改變了溫度，還改變了水流。

EVOTRAC項目開展已有一年半時間了，雖然科學家眼下還不能回答 “全球變暖波及環境變化的情況下，動物怎樣進化使自己生存下來“這個問題，但是他們發現在科羅拉多和厄瓜多爾的河流中蘊含著很多神秘的物種——一些外表看似相同，但基因完全不同的生物。如果科學家先前低估了這些區域的生物多樣性，或者那些神秘生物能適應特定的溫度和水流，那么，兩種情況都能使物種大量消失。

去年夏天，在對科羅拉多河流經的物種進行采集后，EVOTRAC團隊順便將飛蟲一并采集打包。在回家的途中路過Poudre峽谷，之前的幾個星期，那里曾經歷了一場大火，長達64公里的森林都被燒黑了，大家都有一種緊迫感，飛蟲正在慢慢滅亡；包括厄瓜多爾的冰川，也在快速融化進而改變了低處的河流。盡管EVOTRAC團隊想抓緊時間預測全球變暖后的生態系統的變化，看來還是趕不上氣候變化的速度。