适应气候：能变通就能生存

江泽珍/编译

气候变化重新激发起人们对上世纪60年代“詹曾假设”的兴趣

● 1967年，美国生物学家丹尼尔·詹曾提出了一个假设：即热带物种要穿越山峰到达一个新的领域是很困难的，因为它们已经适应了当地的气候。目前“詹曾假设”被重新提及并由此形成了一项为期五年的EVOTRAC计划，意在检验该假设及气候变化是怎样影响生物多样性的。

去年夏天，在洛基山脉的山脚下，一群来自科罗拉多大学的研究人员聚集在河流的周围。一些人在河边测量水温、水流速度以及其化学成分，另一些人则涉入水中用平底网捕捉一些昆虫。其中，水生生物学家勒罗伊·波夫（LeRoy Poff）将捕获的石蝇、石蚕蛾和蜉蝣等生物筛选分类后，分别放入工具箱中不同的小瓶子里。回实验室后，这些生物在显微镜下还会被进一步分类，然后进行遗传基因编码。

EVOTRAC项目

在过去的一年半中，这支队伍在科罗拉多的25条河流、厄瓜多尔安第斯山脉的26条河流重复这一过程，以研究这两个地区的大气温度与水流是怎样影响生物变异的。这一研究是一个五年研究项目的一部分，叫做EVOTRAC（有机体在面对海拔和气候变化时的进化与生物变异），旨在探索在全球变暖以及环境变化的情况下，动物是怎样进化使自己生存下来。

推出这个项目，部分是为了检验生物学家丹尼尔·詹曾（Daniel Janzen）在1967年所提出的一个具有影响力的假设：即热带物种要穿越山峰到达一个新的领域是很困难的。因为它们已经适应了当地的气候，也从来没有经历过极端的冷热气候（当时还没有全球变暖一说）。而现在，詹曾的假设又被重新提出并作为引子去研究气候变化是怎样影响生物多样性的。

尽管詹曾的假设被广泛认同，但是其大多数结论还没有经过直接检验。EVOTRAC团队以及其他的生物学家不仅在弥补这一缺陷，范围还拓展到了气候影响温度因素以外的其他环境因素，包括河流状况。如果假设成立的话，就意味着热带物种对于气候变化是尤其敏感脆弱的，尽管极地的温度比热带的温度要上升很多。这项假设还能帮助研究人员制定对待气候变化的保护计划。

詹曾是在上世纪60年代中期有了这一想法的。那时还是堪萨斯大学年轻的生态学家的他，正带领20个美国学生和一名哥斯达黎加的助手在哥斯达黎加旅游。旅行是从助手的家乡圣何塞开始的，那里有着非常“平和”的天气。詹曾说：“不是很冷也不是很热，不是很干也不是很湿。”从那里出发，他们来到了一个位于海平面的干燥的热带森林，那里的天气稍微热一点。在讲课的过程中，詹曾注意到他的助手不断地在冒汗：“我看了看我的学生，他们没有一个人在出汗。”

随后，他们一行又到了一个海拔3 000米的寒冷的湿地森林，詹曾注意到他的助手在身上裹了好几条毯子，而其他人只披了一层薄薄的棉布单。“我意识到他是在圣何塞度过的，这相当于一直住在温度稳定的环境中，”詹曾说，“由此我突然想到，周围的这些热带动植物是生活在它们所适应的温度范围内的，温差不是很大。”

詹曾因此推测，这些热带物种从不经历季节性更替，在所处的海拔中，它们能适应的温度变化不会很大。“这使得绝大多数的生物无法穿越山峰到临近的村庄，这就限制了其基因的传播以及热带生物多样性的增加。”

验证“詹曾假设”

当詹曾发表这一假设时，这类需要被检验的大型跨学科的研究一时难以得到经费上的支持。上世纪90年代末，一名蒙大拿大学博士生卡梅伦·格尔安博尔（Cameron Ghalambor）在读了詹曾的论文后感慨道：“这是我读过的最好的论文之一。”他惊讶于气候能影响物种发展史和生命周期这一想法，也惊讶气候能约束生物的多样性。他告诉他的导师，想对这一假设做一些研究，但被拒绝了。后者告诉他：“这不是你在博士研究项目里能做的，这是要花你一生的时间去研究的！”

然而，其他的生物学家也想到这一点了。“詹曾的理论很独特，它涉及的领域包括气候变化、生理生态、进化原则，等等，”科罗拉多博尔德大学的进化生物学家克里斯蒂·麦凯恩 （Christy McCain）说道。受詹曾假设的启发，麦凯恩花了近十年时间，将80年来从170座山上收集到的1.65万种物种数据进行了梳理。

“我对低纬度山峰物种对于温度变化适应范围是否越来越小进行了检验，”麦凯恩说。这是詹曾对气候多样性假设的第一部分：海拔越低，物种适应的温度范围越小。她在2009年发表了结论：“蝙蝠、鸟类、青蛙、蝾螈、蜥蜴和蛇都有这类倾向。如果从高海拔向低海拔过渡，你会发现这些生物适应的温度范围是呈线性下降的。”然而，麦凯恩发现啮齿类动物却截然相反。关于这一点，她仍然在努力地研究。

一只厄瓜多尔的蜉蝣揭示了气候变化对其产生的影响

包括格尔安博尔在2006年也发表过相似的论文。他和华盛顿大学的科学家对相关脊椎动物进行了研究，其中包括对温度极其敏感的爬行动物，他们发现热带爬行动物所能适应的温度变化要比温带物种小很多。格尔安博尔团队为此想了解，詹曾的假设是否还能用来测试出一种对于气候变化最脆弱的物种。

2008年，格尔安博尔加入了雷蒙德·休伊（Raymound Huey）的研究团队，对蜥蜴以及不同纬度的其他生物的生理耐受性进行了研究。该团队发现——诚如詹曾的假设——适合热带物种的最佳温度十分接近于它们近期所处的温度环境。这就意味着当温度升高时，那些动物就会很浮躁。

“生活在热带低地森林里的蜥蜴是世界上热忍耐力最小的生物，”休伊说，“那里的温度从来不会超过32℃，而蜥蜴在36℃或37℃时就会出现热应激生理反应。”格尔安博尔接着说：“从蜥蜴的生理耐受性来看，在热带地区只要升温一点点，许多生物就会失控。”

重温爬行动物

为了验证这一想法，休伊重新组建了他的团队，这些成员他从研究生时就认识了，而且在上世纪70年代，他们都在波多黎各从事蜥蜴的研究。借鉴以往的数据，他们制定了新的方法来探究岛上的蜥蜴能否适应温度上升抑或会出热应激现象。

而在科罗拉多，格尔安博尔和进化生物学家克里斯·芬克（Chris Funk）在讨论詹曾的假设，其间，他们提到了水生昆虫学家波夫（Poff）——波夫的整个职业生涯都花在了研究河流上，他认为每个季节河流都会因水流的变化而变化，也认为对詹曾假设的研究还能探索出这些因素对物种适应能力和行为的影响。

蜥蜴是世界上热耐受力最小的生物之一

根据詹曾假设推断，波夫想知道水流大的河流其生物多样性是否比水流小的河流的多。为此他加入了格尔安博尔、芬克的团队，来测试詹曾假设能否适用于复杂的河流。因为气候变化不单单改变了温度，还改变了水流。

EVOTRAC项目开展已有一年半时间了，虽然科学家眼下还不能回答 “全球变暖波及环境变化的情况下，动物怎样进化使自己生存下来“这个问题，但是他们发现在科罗拉多和厄瓜多尔的河流中蕴含着很多神秘的物种——一些外表看似相同，但基因完全不同的生物。如果科学家先前低估了这些区域的生物多样性，或者那些神秘生物能适应特定的温度和水流，那么，两种情况都能使物种大量消失。

去年夏天，在对科罗拉多河流经的物种进行采集后，EVOTRAC团队顺便将飞虫一并采集打包。在回家的途中路过Poudre峡谷，之前的几个星期，那里曾经历了一场大火，长达64公里的森林都被烧黑了，大家都有一种紧迫感，飞虫正在慢慢灭亡；包括厄瓜多尔的冰川，也在快速融化进而改变了低处的河流。尽管EVOTRAC团队想抓紧时间预测全球变暖后的生态系统的变化，看来还是赶不上气候变化的速度。