氣候變暖動物變“色”
19世紀的一項定律引發了21世紀一場關於氣候變暖如何重塑動物的爭論。從19世紀初開始,生物學家定義了描述溫度影響生態和進化的多種“規則”。其中一條是,在炎熱氣候下,動物有更大的附屬器官(耳朵、喙)以幫助散熱。另外有研究者認為,在任何動物群體中,體型最大的通常居住在靠近極地的地方,比如北極熊高於中緯度棕熊,因為體型較大有助於保持熱量。
芬蘭的貓頭鷹越來越呈黃褐色,而不是淺灰色,這可能是氣候變暖的結果。圖片來源:LIBORSEJNA
葛洛格定律以德國生物學家Constantin Gloger的名字命名,即生活在溫暖地區的動物外表顏色較深,而生活在寒冷地區的動物外表顏色較淺。在哺乳動物中,深色皮膚和毛髮被認為可以抵禦有害紫外線,而紫外線在陽光照射的赤道地區更豐富。在鳥類中,深色羽毛中特有的黑色素似乎能抵禦細菌侵擾。
2020年7月,中國地質大學(武漢)的田力和英國布里斯託大學的Michael Benton又重新對這些基本被人遺忘的規則產生了興趣,並以此預測氣候變化可能如何塑造動物身體。此外,他們根據葛洛格定律提出,隨著地球變暖,大多數動物會變得更暗。
但《當代生物學》發表的一系列論文,包括2020年12月的兩篇,顯示其他生物學家認為這個問題遠未解決。“我有點吃驚。”在澳大利亞遠程為德國馬克斯·普朗克鳥類研究所工作的鳥類學家Kaspar Delhey說,“我想還有更多工作要做。”
過去幾年,Delhey領導了一項推翻並用更準確理論替代葛洛格定律的“運動”。他說,“長久以來,葛洛格的著作就被混亂和疑雲所包圍,部分原因是1833年他在書中列出的數據’非常密集且寫得糟糕’。”
2020年12月初,Delhey及3位同事在《當代生物學》發表了對田力和Benton的回應。他們的主要觀點是葛洛格定律把溫度和濕度混為一談。潮濕的環境使植物生長茂盛,為動物躲避捕食者提供了蔭蔽。因此,動物在潮濕的地方往往以更深顏色偽裝自己。Delhey說,許多溫暖的地方是潮濕的,但也有既潮濕又涼爽的,比如塔斯馬尼亞的森林,那裡有最黑的鳥類。
Delhey認為,如果控制濕度,葛洛格定律就會被推翻,因為變暖會導致動物顏色變淺。冷血動物尤其如此。昆蟲和爬行動物依賴外部熱源——在寒冷的地方,它們的深色外表有助於吸收陽光。在溫暖的氣候中,這種需求就沒那麼急迫,它們的顏色最終會變淺。
田力和Benton對學術澄清表示歡迎。作為對Delhey的回應,他們引用了一些案例,證明自己對溫暖氣候下動物顏色變深的預測是正確的。比如,芬蘭的貓頭鷹要么是黃褐色的,要么是淺灰色的,後者可以作為雪地偽裝。但隨著芬蘭積雪減少,黃褐色貓頭鷹的數量從20世紀60年代初的12%增加到2010年的40%。
但兩位古生物學家承認,當溫度和濕度都發生變化時,對氣候驅動顏色效應的預測變得尤為棘手。氣候模型預測亞馬孫河流域將變得越來越炎熱和乾燥,各方一致認為這將使動物顏色變淺。但是北方的西伯利亞森林可能變得更熱更濕,在這種情況下,溫度和濕度的預測是矛盾的。Benton說,與物理或化學不同,生物定律“不是絕對的,它不像地心引力”。
為了改進預測,Benton建議使用博物館標本拓寬時間尺度,儘管這些標本顏色會隨時間推移而褪色。田力則計劃用甲殼蟲和軟體動物在溫室內進行實驗,積極嘗試誘導顏色的變化。