论文部分内容阅读
北极熊是今天地球上最大的陆地食肉动物，其雄性体重通常为400千克，最重可达600千克，但这是北极熊过去常见的体重。现在，在阿拉斯加，或许还包括其他地方，北极熊的个头可没有20年前那么大了。婆罗洲微型蛙也变得越来越“袖珍”了。这种身长2厘米，背上为宝石蓝色，底侧有亮斑的蛙越来越难被发现，因为它们也在“缩身”。事实上，从鱼到两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类，整个动物王国不断传出动物个头大小发生改变，尤其是变小的报告。这是一个需要关注的问题，因为身体的大小会影响动物各方面的能力，包括觅食、躲避掠食者、寻找配偶等。
那么，诸多动物的大小为什么会发生改变？许多生物学家认为，这与动物学家伯格曼于1847年进行的一项观察有关。
通过观察哺乳动物、鸟类及其密切相关物种，伯格曼发现，较小的物种倾向于栖居在较温暖的气候环境下。他认为这同动物的身体表面积与体积的比率有关：较小动物的身体表面积与体积的比率较大，散热更快，在太冷时难以维持体温；较大动物则面临相反的问题——在太热时难以保持凉爽。（伯格曼的这一观察并不意味着在温暖气候下不存在大型温血动物，即便是很大的动物也能演化出应对炎热的能力，例如大象。但总体来说，较小的身体更能适应温暖的气候。）
根据伯格曼的发现，我们不难回答上面的问题：随着全球变暖加剧，动物的个头会缩小。这样的事情正发生在苏格兰索艾岛上的半野生羊身上：随着冬季变暖，更多个头较小的羊存活了下来，导致羊的平均大小缩水。而许多鸟类的个头也在变小。科学家研究了8种澳大利亚小型鸟的博物馆样本，这些样本采集自1950年前后。结果发现，其中有4种鸟的个头变小了。
不过，这些动物个头变小的幅度似乎并不大。以索艾羊为例，其变小幅度仅为0.5%左右。这又是为什么？答案很简单：全球变暖幅度至今不到1℃，野生动物根本还来不及做出反应。那么，在一个较长时期内，情况又会怎样呢？要寻找答案，得回到过去。
在大约5600万年前的古新世-始新世，地球上出现过一个极热期，当时全球升温5～10℃，时间超过数万年。化石证据证明，当时的许多哺乳动物都变小了。例如，2012年在美国怀俄明州大羊角盆地发现的化石证明，当时那里生活着个头与猫相仿的多种马，它们的个头大小的确与气温相关：随着气候变暖，它们瘦身30%；随着气温下降，它们增肥70%。这个变化是巨大的。
在怀俄明州进行的另一项化石研究证明，当时连居住在土壤里的无脊椎动物也缩身了——随着气候变暖，它们挖的洞穴的直径平均减小了30%～50%。这说明，受到气候变暖影响的并不限于温血脊椎动物。科学家推测，今天的土壤生物群对气候变暖也正在做出类似反应。
对包括无脊椎动物在内的冷血动物来说，气候变暖也带来了明显的挑战。
冷血动物的代谢速度主要取决于环境温度。咋看上去，气候变暖可以使冷血动物更活跃，发育更快，更快达到成年期。但事实上，更快的代谢燃烧更多的能量，这意味着动物们需要吃得更多。科学家对气候变暖怎样影响两栖类和爬行类动物进行了粗略的计算：如果本世纪气候变暖幅度为6℃，像印度精致窄嘴蛙（体重通常只有0.3克）这样的袖珍物种就需要多吃最多达75%的食物，折算成每年多吃426只白蚁；一头体重90千克的科莫多巨蜥为了维持自己的体格，每年需多找224只鸡来吃。
当然，动物如果能消费更多资源来匹配自己增加的代谢，它们就能保持自己的生长速度和个头。但实际上，当气温较高时，动物未必能找到更多的东西吃。以蜥蜴为例，为了避免身体过热，它们不得不在阴凉处呆更长的时间，用来捕猎或觅食的时间则相应减少了。而且，也不会有更多的食物可吃。
同样数量的动物在竞争相同数量的食物。如果找不到更多的东西吃，那么，某些东西就必须放弃，而首当其冲的就是减缓生长——这可能解释了为什么一些两栖类和爬行类已经开始缩身。科学家在对英国多塞特郡蟾蜍进行了长达20年的研究后发现，它们的个头正在变小。对婆罗洲蛙类的研究也发现，个头正在变小的蛙类数量超过了变大的蛙类数量。
以上这些发现相当惊人。要知道，在化石记录中，找不到爬行类或两栖类由于气候变暖而缩小个头的例证。在地球比现在炎热得多的时期，巨型爬行类和两栖类兴盛了很久，其中最著名的代表有恐龙、翼龙和海洋爬行类。仅仅为了保持体温，巨型爬行动物就需要温暖的环境。因此，经过漫长的时间规模，出现了动物巨型化的趋势。
然而，今天全球变暖的速度超过了以往任何时期，其结果就是爬行类和两栖类可能缩减个头。鱼也一样，它们面临双重打击：上升的水温将加速代谢，因此它们需要氧；但氧在越温暖的水中溶解越少，氧会越来越少。不可避免的后果就是：鱼长不到多大个头就会缺氧。
动物必须适应变暖的世界，不然的话它们就只有死路一条。那么，动物如何应对全球变暖？对于挣扎着适应变暖的动物们来说，最显而易见的答案是迁往凉爽一点的地方。在海洋中，许多物种正是这么干的。但是，移居他乡可能困难重重，或者根本就行不通——它们可能受阻于天然屏障如群山和海洋，也可能是围栏、道路、城市和农场。
通过改变个头大小来适应气候变化，或许是动物的一种生存策略。但带来的一个问题是，较小的个体其后代也少。如果走向这个极端，种群规模就可能变得太小，物种因此濒危甚至消亡。还有一个问题，较小的动物也许会发现自己更难捕食一些猎物，还可能变得更容易被掠食者捕食。科学家认为，身体大小是动物最重要的特征，它与动物的所有其他特征都息息相关，改变它会产生大量的连锁效应。不同物种回应气候改变的方式不同，因此其中会有赢家，也会有输家。
值得注意的是，因气候变暖导致动物的个头大小发生变化，还仅仅是野生动物面临的诸多挑战之一。人类活动不仅造成了速度空前的全球变暖，使得动物难以挺过这一变迁，人类还通过过度捕杀动物，毁坏它们的栖居地和传播疾病，导致了许多物种的灭绝，尤其是繁殖缓慢的大型动物，并且消除了现有动物种群的大部分基因多样性——这大大降低了这些物种足够快地演化、以应对一个迅速变化的世界所带来的挑战的机会。而人类也几乎肯定将自食其果。如果人类依赖的生态系统陷入动荡，那么未来的食品危机将更严重。或许就像北极熊那样，人类自己也将变得矮小。
并非所有动物
都会因气温上升而瘦身
事实上，气候影响动物的方式比伯格曼想象的要复杂得多。动物对短期变暖和长期变暖的反应迥然不同，结果就是随着气候变暖，有的动物缩身，有的保持不变，还有的长得更胖壮。
以生活在北极的北极熊为例。北极熊在海冰及其附近捕食海豹等猎物。随着全球变暖，海冰急剧减少，北极熊的捕猎难度越来越大，它们很可能因为缺乏食物而瘦身。但这种效应可能只是暂时性的。动物数量有可能增加，也有可能下降；随着食物数量稳定下来，动物数量最终会趋于平衡。因此，只要北极熊躲过了灭绝，它们的个头就有可能恢复。
不过，直接因气温上升而瘦身的动物，在较高气温下将持续保持苗条。
并非所有动物
都会因气温上升而瘦身
事实上，气候影响动物的方式比伯格曼想象的要复杂得多。动物对短期变暖和长期变暖的反应迥然不同，结果就是随着气候变暖，有的动物缩身，有的保持不变，还有的长得更胖壮。
以生活在北极的北极熊为例。北极熊在海冰及其附近捕食海豹等猎物。随着全球变暖，海冰急剧减少，北极熊的捕猎难度越来越大，它们很可能因为缺乏食物而瘦身。但这种效应可能只是暂时性的。动物数量有可能增加，也有可能下降；随着食物数量稳定下来，动物数量最终会趋于平衡。因此，只要北极熊躲过了灭绝，它们的个头就有可能恢复。
不过，直接因气温上升而瘦身的动物，在较高气温下将持续保持苗条。
那么，诸多动物的大小为什么会发生改变？许多生物学家认为，这与动物学家伯格曼于1847年进行的一项观察有关。
通过观察哺乳动物、鸟类及其密切相关物种，伯格曼发现，较小的物种倾向于栖居在较温暖的气候环境下。他认为这同动物的身体表面积与体积的比率有关：较小动物的身体表面积与体积的比率较大，散热更快，在太冷时难以维持体温；较大动物则面临相反的问题——在太热时难以保持凉爽。（伯格曼的这一观察并不意味着在温暖气候下不存在大型温血动物，即便是很大的动物也能演化出应对炎热的能力，例如大象。但总体来说，较小的身体更能适应温暖的气候。）
根据伯格曼的发现，我们不难回答上面的问题：随着全球变暖加剧，动物的个头会缩小。这样的事情正发生在苏格兰索艾岛上的半野生羊身上：随着冬季变暖，更多个头较小的羊存活了下来，导致羊的平均大小缩水。而许多鸟类的个头也在变小。科学家研究了8种澳大利亚小型鸟的博物馆样本，这些样本采集自1950年前后。结果发现，其中有4种鸟的个头变小了。
不过，这些动物个头变小的幅度似乎并不大。以索艾羊为例，其变小幅度仅为0.5%左右。这又是为什么？答案很简单：全球变暖幅度至今不到1℃，野生动物根本还来不及做出反应。那么，在一个较长时期内，情况又会怎样呢？要寻找答案，得回到过去。
在大约5600万年前的古新世-始新世，地球上出现过一个极热期，当时全球升温5～10℃，时间超过数万年。化石证据证明，当时的许多哺乳动物都变小了。例如，2012年在美国怀俄明州大羊角盆地发现的化石证明，当时那里生活着个头与猫相仿的多种马，它们的个头大小的确与气温相关：随着气候变暖，它们瘦身30%；随着气温下降，它们增肥70%。这个变化是巨大的。
在怀俄明州进行的另一项化石研究证明，当时连居住在土壤里的无脊椎动物也缩身了——随着气候变暖，它们挖的洞穴的直径平均减小了30%～50%。这说明，受到气候变暖影响的并不限于温血脊椎动物。科学家推测，今天的土壤生物群对气候变暖也正在做出类似反应。
对包括无脊椎动物在内的冷血动物来说，气候变暖也带来了明显的挑战。
冷血动物的代谢速度主要取决于环境温度。咋看上去，气候变暖可以使冷血动物更活跃，发育更快，更快达到成年期。但事实上，更快的代谢燃烧更多的能量，这意味着动物们需要吃得更多。科学家对气候变暖怎样影响两栖类和爬行类动物进行了粗略的计算：如果本世纪气候变暖幅度为6℃，像印度精致窄嘴蛙（体重通常只有0.3克）这样的袖珍物种就需要多吃最多达75%的食物，折算成每年多吃426只白蚁；一头体重90千克的科莫多巨蜥为了维持自己的体格，每年需多找224只鸡来吃。
当然，动物如果能消费更多资源来匹配自己增加的代谢，它们就能保持自己的生长速度和个头。但实际上，当气温较高时，动物未必能找到更多的东西吃。以蜥蜴为例，为了避免身体过热，它们不得不在阴凉处呆更长的时间，用来捕猎或觅食的时间则相应减少了。而且，也不会有更多的食物可吃。
同样数量的动物在竞争相同数量的食物。如果找不到更多的东西吃，那么，某些东西就必须放弃，而首当其冲的就是减缓生长——这可能解释了为什么一些两栖类和爬行类已经开始缩身。科学家在对英国多塞特郡蟾蜍进行了长达20年的研究后发现，它们的个头正在变小。对婆罗洲蛙类的研究也发现，个头正在变小的蛙类数量超过了变大的蛙类数量。
以上这些发现相当惊人。要知道，在化石记录中，找不到爬行类或两栖类由于气候变暖而缩小个头的例证。在地球比现在炎热得多的时期，巨型爬行类和两栖类兴盛了很久，其中最著名的代表有恐龙、翼龙和海洋爬行类。仅仅为了保持体温，巨型爬行动物就需要温暖的环境。因此，经过漫长的时间规模，出现了动物巨型化的趋势。
然而，今天全球变暖的速度超过了以往任何时期，其结果就是爬行类和两栖类可能缩减个头。鱼也一样，它们面临双重打击：上升的水温将加速代谢，因此它们需要氧；但氧在越温暖的水中溶解越少，氧会越来越少。不可避免的后果就是：鱼长不到多大个头就会缺氧。
动物必须适应变暖的世界，不然的话它们就只有死路一条。那么，动物如何应对全球变暖？对于挣扎着适应变暖的动物们来说，最显而易见的答案是迁往凉爽一点的地方。在海洋中，许多物种正是这么干的。但是，移居他乡可能困难重重，或者根本就行不通——它们可能受阻于天然屏障如群山和海洋，也可能是围栏、道路、城市和农场。
通过改变个头大小来适应气候变化，或许是动物的一种生存策略。但带来的一个问题是，较小的个体其后代也少。如果走向这个极端，种群规模就可能变得太小，物种因此濒危甚至消亡。还有一个问题，较小的动物也许会发现自己更难捕食一些猎物，还可能变得更容易被掠食者捕食。科学家认为，身体大小是动物最重要的特征，它与动物的所有其他特征都息息相关，改变它会产生大量的连锁效应。不同物种回应气候改变的方式不同，因此其中会有赢家，也会有输家。
值得注意的是，因气候变暖导致动物的个头大小发生变化，还仅仅是野生动物面临的诸多挑战之一。人类活动不仅造成了速度空前的全球变暖，使得动物难以挺过这一变迁，人类还通过过度捕杀动物，毁坏它们的栖居地和传播疾病，导致了许多物种的灭绝，尤其是繁殖缓慢的大型动物，并且消除了现有动物种群的大部分基因多样性——这大大降低了这些物种足够快地演化、以应对一个迅速变化的世界所带来的挑战的机会。而人类也几乎肯定将自食其果。如果人类依赖的生态系统陷入动荡，那么未来的食品危机将更严重。或许就像北极熊那样，人类自己也将变得矮小。
并非所有动物
都会因气温上升而瘦身
事实上，气候影响动物的方式比伯格曼想象的要复杂得多。动物对短期变暖和长期变暖的反应迥然不同，结果就是随着气候变暖，有的动物缩身，有的保持不变，还有的长得更胖壮。
以生活在北极的北极熊为例。北极熊在海冰及其附近捕食海豹等猎物。随着全球变暖，海冰急剧减少，北极熊的捕猎难度越来越大，它们很可能因为缺乏食物而瘦身。但这种效应可能只是暂时性的。动物数量有可能增加，也有可能下降；随着食物数量稳定下来，动物数量最终会趋于平衡。因此，只要北极熊躲过了灭绝，它们的个头就有可能恢复。
不过，直接因气温上升而瘦身的动物，在较高气温下将持续保持苗条。
并非所有动物
都会因气温上升而瘦身
事实上，气候影响动物的方式比伯格曼想象的要复杂得多。动物对短期变暖和长期变暖的反应迥然不同，结果就是随着气候变暖，有的动物缩身，有的保持不变，还有的长得更胖壮。
以生活在北极的北极熊为例。北极熊在海冰及其附近捕食海豹等猎物。随着全球变暖，海冰急剧减少，北极熊的捕猎难度越来越大，它们很可能因为缺乏食物而瘦身。但这种效应可能只是暂时性的。动物数量有可能增加，也有可能下降；随着食物数量稳定下来，动物数量最终会趋于平衡。因此，只要北极熊躲过了灭绝，它们的个头就有可能恢复。
不过，直接因气温上升而瘦身的动物，在较高气温下将持续保持苗条。