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漫長而嚴酷的極夜如何度過?依然有野生動物活動

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發表於 2018-2-19 22:23:36 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
來源: 新浪科技

新浪科技訊 北京時間2月19日消息,據國外媒體報道,對任何人來說,地球兩極的冬天都是難以承受的體驗。太陽會在南極和北極的天空中消失數月,漫漫長夜中,氣溫能降到攝氏零下40度。在猛烈的狂風不斷吹襲下,動物很難在這時候找到食物。
  然而,還是有一些動物頑強堅守着,即使其他動物遷徙或逃離了這似乎無盡的嚴寒和黑暗。雖然極地冬天的景觀看起來很荒涼,但生命並未停止脈動。在陸地上,在海洋里,在冰雪之間,動物繼續覓食、睡覺和交配。
  “在北極冬天裡活動的生命要遠遠超出人們的想象,”加拿大國家野生動物研究中心的科學家格蘭特·吉爾克里斯特(Grant Gilchrist)說,“它們在冰雪之下往往比我們能想象的活躍很多。” 加拿大國家野生動物研究中心位於渥太華,是加拿大環境部下屬的聯邦機構。
  近年來,科學家對這些吃苦耐勞的動物如何度過漫長冬天有了更新的了解。它們是如何生存下來的呢?
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你可以在緯度足夠高的南極或北極地區體驗到極夜,太陽會在數月時間里一直在地平線以下。北極點的極夜可以持續整整六個月。

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冬眠期間,北極地松鼠的體溫可以降到大約攝氏零下2.8攝氏度。這種松鼠利用一種被稱為“過冷”的方法來避免血液凍結。

   陸地
  少數勇敢的動物會在苔原上度過冬天。麝牛能嗅出積雪下方的植物,並長有一層厚厚的絨毛——比綿羊的羊毛還要溫暖8倍。馴鹿同樣依靠兩層皮毛來保持溫暖。雖然它們的鼻子可能不會真的閃閃發亮,但內部布滿了血管,能加熱吸入的空氣。它們甚至擁有一種應付黑暗環境的技巧。“在低光環境下,具有特殊適應能力的馴鹿眼睛能看到比一般眼睛更多的紫外光,”阿拉斯加大學費爾班克斯分校的生理學家科里·威廉姆斯(Cory Williams)說道。能看到紫外光譜有助於馴鹿在冰雪中辨別植物。
  北極熊在冬天依賴嗅覺來尋找食物,當太陽落到地平線以下時,天空中還會殘留一些微光。“雖然我們經常以為這種黑暗是恆常的,但其實並不是一直這么黑暗,”威廉姆斯說道。北極狼能在持續四個月的冬季黑夜中捕獵,依靠月光和星光,並通過靈敏的鼻子發現遠在1.6公里以外的獵物。
  其他動物會在冬季來臨時躲到地下。威廉姆斯說:“在積雪下方有一整個生態系統,我們在地表上完全看不出來。”白鼬、旅鼠和田鼠會躲到積雪下方的空間里。嚙齒類動物會在積雪中挖出地道,尋覓前一年殘存的種子和植物組織。其他動物,比如威廉姆斯所研究的北極地松鼠,則會選擇冬眠。到了12月,在它們小小的洞穴周圍,土壤會因凍結而變得堅硬,溫度可以降到攝氏零下25度(地表在狂風吹過之前的溫度可以達到攝氏零下60度)。
  冬天的食物確實很稀缺。“這絕對是瘦身的時間,”威廉姆斯說,“冬眠的動物會在夏天儲存大量的脂肪,以應對這一情況。”其他動物採取了更加戲劇性的方法。一些嚙齒類動物會在冬天縮小身體,從而只需要很少的能量;田鼠能夠縮小一些內臟器官的體積,並減少肌肉重量,鼩鼱則會縮小它們的骨架。
  雖然寒冷可以非常嚴酷,但這並不是決定生命能否度過極地冬天的關鍵因素。“目前看來,光線要比溫度重要得多,尤其在極地,”挪威特羅姆瑟大學的海洋生物學家約根·伯奇(J?rgen Berge)說道。陽光代表着溫暖和光合作用,同時也調節着動物的晝夜節律。
  在緯度較低的北極地區,從白天到夜間的光線依然會有微弱的變化。威廉姆斯說:“太陽本身不會出現,但它會慢慢接近出現。”但是,越往北走,你會發現越難以保持原有的晝夜節律。正常的晝夜節律是一種以約24小時為周期而變化的生理現象,控制着睡眠模式、消化、體溫和其他生理功能。北極地松鼠在夏天時通過持續的光照來保持晝夜節律,但在冬天冬眠時就無法繼續保持。斯瓦爾巴馴鹿,以及旅鼠等嚙齒類動物會轉而採用較短的攝食、消化和睡眠周期。相比原來每天固定的睡眠時長,這就好像把這些睡眠分散到一天時間里。其他動物,如外形與雞類似的岩雷鳥,則不會在冬天表現出明顯的睡眠和活躍周期節律。
  對人類來說,打亂晝夜節律會影響我們的新陳代謝,隨着時間推移還會增加患上癌症和心臟疾病的風險。不過,科學家推測這種變化對北極動物來說沒有什麼危害。“它們都很好地適應了這種環境,因此不會出現同樣的問題,”威廉姆斯說道。那麼,極地動物如何在晝夜節律被打亂時避免健康問題?科學家目前還無法給出確切的答案。

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端足類甲殼動物Themisto libellula在極夜期間還會繼續捕食浮游動物

  海洋
  極夜之下的海洋曾經被視為是一片荒涼、沉寂的所在。畢竟,沒有了陽光,就不可能有浮游植物的生長。這些藻類以及其他能夠光合作用的生物,為磷蝦等海洋動物提供了食物,而它們又被更大的動物吃掉,最終養活了更多掠食性的物種。
  “我們所有人,包括我自己,之前都認為極夜是一段沒有生命活力的時期,”約根·伯奇說,“這種觀點從現在看來已經完全變了!”2007年,伯奇無意間發現極夜期間的海洋原來是多麼繁忙。那個冬天,他的聲學傳感器捕捉到了浮游動物在斯瓦爾巴群島附近海域垂直遷移的證據。斯瓦爾巴群島位於挪威和北極點之間,具有獨特的極地荒野地貌和生態景觀。
  這種大規模遷移發生在全球各個海洋中,微小的浮游動物會在夜間移動到海面附近,在白天則撤回到更深處,以躲避掠食者。這種現象被稱為晝夜垂直遷移,可能是地球上最大規模的日常遷移活動。不過,沒有人想象過這一現象也會在極夜期間出現。
  自此之後,伯奇和他的同事們開始在冬天進行觀察,發現這些遷移取決於月亮的光亮程度。在發表於《當代生物學》(Current Biology)期刊的論文中,他們寫道:“與傳說中被月光驅使而捕獵的狼人一樣,我們的數據也揭示了一種月光驅使的真實活動。”然而,科學家還沒有完全弄清楚這些微小的動物是以什麼為食,即為什麼它們會不斷回到海面附近。
  年復一年,伯奇和他的團隊一次次在極夜期間來到海洋中,探索海洋動物的活動。在水面以下18到36米之間,具有生物發光能力的浮游動物能使月光和太陽的微光相形見絀。磷蝦能利用靈敏的眼睛來充分利用冬天的黑暗。在缺乏新生浮游植物的情況下,扇貝以漂浮的有機碎屑為食,以穩定的速率生長着。
  極夜下的海洋中還生活着更大型的動物,包括大群的水母、蝦類、北極鱈和魷魚等。科學家曾經目睹海鳥潛水搜尋食物,並且吃得飽飽的。“它們依賴於每天找到的食物,”伯奇說,“你可以看到一隻侏海雀或海鳩肚子里裝滿了磷蝦或橈足類,它們可以在幾小時內找到並吃下這些食物,在我看來這是最具說服力的證據,表明這一生態系統在全力運行中。”
  盡管身處黑暗之中,但這些海鳥還是找到了某種捕獵的方法。不過,這並不意味着它們在尋找食物時不會利用光亮。海雀和海鳩似乎就會被潛水員的燈光和港口燈吸引。
  然而,對其他動物而言,人造光其實是不小的麻煩。在2018年1月10日發表於《科學進展》(Science Advances)期刊上的論文中,伯奇等人指出,即使是小型科考船發出的溫和燈光,也足以使浮游動物向下逃竄。“這是因為它們天生就與周圍環境協調緊密,能看到最微弱的光線並做出反應,”他說,“這意味着它們很容易受到突然而明亮的人造光影響!”
  研究人員用自動獨木舟分別在靠近和遠離科考船光源的位置記錄了浮游動物的運動。結果發現,浮游動物在試圖躲避非自然光時,能遷移到大約73米以深的深度。這也預示着在極夜期間,北冰洋中存在着更多科學家尚未探測到的生命活動。
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約根·伯奇和同事們用一隻自動小船來研究極夜期間光污染對海洋生物的影響。

  冰雪之間
  隨着冬天來臨,極地海洋中的浮冰數量開始增多,越來越難找到開闊的水域。對海鳥來說這是個糟糕的消息,因為它們需要潛到海面以下尋找食物。墨西哥灣暖流可以使沿着挪威海岸的部分歐洲北極地區沒有海冰出現,歐絨鴨和其他海鳥得以在此度過冬天。不過,這更像是例外而非常態,“大多數鳥類都迫不及待地逃離那裡,”吉爾克里斯特說道。
  然而,少數鳥類並不會逃離太遠。歐絨鴨哈德森灣亞種會在加拿大的貝爾徹群島度過冬天。吉爾克里斯特說:“這個地方位於北極圈以南,但氣候和環境條件完全和北極圈一樣。”貝爾徹群島冬季白天只有幾小時,溫度可以降到攝氏零下35度,風暴期間的風速可達每小時120公里。
  “但也有生活在黑暗中的鳥類,”吉爾克里斯特說道。由於貝爾徹群島的形狀和潮水,形成了被海冰包圍的開闊水域。這些區域被稱為冰間湖(polynya),是歐絨鴨等動物生活的場所。白天時,歐絨鴨捕食水下的貽貝和海膽;夜幕降臨時,它們回到冰面上,互相靠在一起取暖,保存能量。“然後在夜裡,北極狐和北極熊會過來捕捉那些弱小的歐絨鴨,或者鳥群邊緣的個體,”吉爾克里斯特說道。
  其實在冰面上還有死去的歐絨鴨屍體,但掠食者熟視無睹。“當它們凍得僵硬時,北極狐很難把它們吃下去,”吉爾克里斯特說,“這些狐狸更喜歡殺死新鮮、溫暖的海鳥,然後迅速吃掉。”他和他的同事們還觀察到,雪鴞會在冬天時追隨歐絨鴨到海上,並棲息在冰面上。加拿大北極地區的雪鴞大部分會在安大略省的草原上度過冬天,但“有些雪鴞在冬天其實變成了海鳥,捕食浮冰上的其他海鳥。而且,我推測,它們會利用黑暗作為優勢,”吉爾克里斯特說道。
  冰間湖有時能在緯度足夠高的地區形成,使動物在極夜降臨時有棲息的場所。在加拿大埃爾斯米爾島和格陵蘭島西北部之間的北方地區冰間湖(North Water polynya)就是這樣一個庇護所。“那裡有能在連續三個月完全黑暗條件下生活的海洋哺乳動物,”吉爾克里斯特說,“關鍵就在於可預見的開放水域,使它們能夠接觸到空氣。”這一條件吸引了海象、白鯨、獨角鯨和海豹等動物。
  有一種名為白鷗(學名:Pagophila eburnea)的鳥類似乎還能一直在極夜中堅守,它們在加拿大和格陵蘭島之間的水域中過冬。吉爾克里斯特說:“它們有大量時間在黑暗中度過,我們真的很難知道它們是如何生存下來的。”科學家已經知道,白鷗既能吃魚,也能取食海豹在冰面上產崽後留下的胎盤。這種靈活的攝食習慣可能幫助了白鷗充分利用各種覓食機會,即使是在黑暗中。
  在南極洲,皇帝企鵝也必須忍受漫長的極夜。這種鳥類在面對南極冬天的嚴酷時表現得非常勇敢,令人敬佩。這一時期,雄性皇帝企鵝會花上超過100天時間孵卵。大部分企鵝會在冬天撤到內陸地區,但在近期發表的一篇論文中,科學家報告稱一些皇帝企鵝逗留在海冰的邊緣。這意味着它們在產卵之前有時間下海覓食,而且不需要像其他同類一樣孵化那麼長時間。研究作者之一、美國斯克里普斯海洋研究所的生物學家傑拉爾德·庫伊曼(Gerald Kooyman)說:“企鵝通常是依靠視覺的捕食者,但也可以在夜間捕食。我認為,這就是一個很好的例子。”
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俄羅斯弗蘭格爾島上的麝牛。這座北冰洋島嶼位於東西伯利亞海和楚科奇海之間。

  神秘的領域
  目前,伯奇正在第七次探索極夜的旅程中,他希望能確定多大程度的光污染會干擾浮游動物遷移。幾星期之前,他和同事們引導一艘小船遠離了作為他們冬季第二個家的大船。一旦脫離了人造光的影響,便會看到攝人心魄的生物發光現象。“你能夠看到在你身下的生物光奇跡,到處都閃爍着藍綠色的光,”伯奇說道。
  事實上,破冰船才是研究極夜最舒適和最安全的地方。研究人員對冬天極地海洋的了解要多過陸地和浮冰。吉爾克里斯特說:“在北極的冬天,科學家受到各種因素的限制,很難實地前往野生動物生活的地方。”許多情況下,他們所能做的就是在溫暖月份時,把衛星傳送器安裝在動物身上,並以此來追蹤這些動物在冬季的活動。
  對吉爾克里斯特來說,乘船並不是很好的選擇。“許多對海鳥十分重要的北極沿岸區域都‘在海圖上未標明’,並且有許多危險的水下礁石和淺灘,”他說,“我正在嘗試去往那些有生命活動的地方……北極狐、北極熊和歐絨鴨及其他海鳥交匯的地方,以及在我們無法到達的浮冰上,還有雪鴞和許多其他生命活動正在發生着。”
  於是,吉爾克里斯特和經驗豐富的因紐特人向導一起扎營,並建起具有爐子的膠合板觀察裝置,內部溫度能達到攝氏零下20度。“這就像坐在冰箱里,”吉爾克里斯特說,“如果你不小心犯錯,或者弄濕自己,那你可能就沒命了;這是相當危險的工作。”
極夜生態系統及其周圍地區的環境條件雖然很極端,但也非常脆弱。北極變暖的速度比世界其他地方都快。這意味着未來北冰洋上的浮冰會更少,光線能在冬天到達更深的海水。此外,海運線路也將向北拓展,帶來更多的人造光。伯奇等人的研究指出,這可能會對海洋生物在黑暗中的活動帶來負面影響。
  科學家還擔心北極地區的冬季降雨可能越來越普遍。當雨水落到地面並凍結時,會鎖住嚙齒類、馴鹿和麝牛等動物賴以生存的植物。與在積雪中挖掘不同,這些動物此時面對的是堅硬的冰塊。未來幾年中,麝牛可能無法再生活在西伯利亞或阿拉斯加,而只能出現在格陵蘭島北部的偏遠地區。
  關於動物如何在極夜期間生存,我們還有很多需要探索和了解的地方。我們更難以了解它們在面對氣候變化時會有多麼脆弱。但是,黑暗而嚴酷的環境條件並不能阻止科學家們重返極地,他們將盡可能地接近動物的棲息地,探索極端環境下的生命奧秘。

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