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漫长而严酷的极夜如何度过?依然有野生动物活动

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发表于 2018-2-19 22:23:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
來源: 新浪科技

新浪科技讯 北京时间2月19日消息,据国外媒体报道,对任何人来说,地球两极的冬天都是难以承受的体验。太阳会在南极和北极的天空中消失数月,漫漫长夜中,气温能降到摄氏零下40度。在猛烈的狂风不断吹袭下,动物很难在这时候找到食物。
  然而,还是有一些动物顽强坚守着,即使其他动物迁徙或逃离了这似乎无尽的严寒和黑暗。虽然极地冬天的景观看起来很荒凉,但生命并未停止脉动。在陆地上,在海洋里,在冰雪之间,动物继续觅食、睡觉和交配。
  “在北极冬天里活动的生命要远远超出人们的想象,”加拿大国家野生动物研究中心的科学家格兰特·吉尔克里斯特(Grant Gilchrist)说,“它们在冰雪之下往往比我们能想象的活跃很多。” 加拿大国家野生动物研究中心位于渥太华,是加拿大环境部下属的联邦机构。
  近年来,科学家对这些吃苦耐劳的动物如何度过漫长冬天有了更新的了解。它们是如何生存下来的呢?
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你可以在纬度足够高的南极或北极地区体验到极夜,太阳会在数月时间里一直在地平线以下。北极点的极夜可以持续整整六个月。

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冬眠期间,北极地松鼠的体温可以降到大约摄氏零下2.8摄氏度。这种松鼠利用一种被称为“过冷”的方法来避免血液冻结。

   陆地
  少数勇敢的动物会在苔原上度过冬天。麝牛能嗅出积雪下方的植物,并长有一层厚厚的绒毛——比绵羊的羊毛还要温暖8倍。驯鹿同样依靠两层皮毛来保持温暖。虽然它们的鼻子可能不会真的闪闪发亮,但内部布满了血管,能加热吸入的空气。它们甚至拥有一种应付黑暗环境的技巧。“在低光环境下,具有特殊适应能力的驯鹿眼睛能看到比一般眼睛更多的紫外光,”阿拉斯加大学费尔班克斯分校的生理学家科里·威廉姆斯(Cory Williams)说道。能看到紫外光谱有助于驯鹿在冰雪中辨别植物。
  北极熊在冬天依赖嗅觉来寻找食物,当太阳落到地平线以下时,天空中还会残留一些微光。“虽然我们经常以为这种黑暗是恒常的,但其实并不是一直这么黑暗,”威廉姆斯说道。北极狼能在持续四个月的冬季黑夜中捕猎,依靠月光和星光,并通过灵敏的鼻子发现远在1.6公里以外的猎物。
  其他动物会在冬季来临时躲到地下。威廉姆斯说:“在积雪下方有一整个生态系统,我们在地表上完全看不出来。”白鼬、旅鼠和田鼠会躲到积雪下方的空间里。啮齿类动物会在积雪中挖出地道,寻觅前一年残存的种子和植物组织。其他动物,比如威廉姆斯所研究的北极地松鼠,则会选择冬眠。到了12月,在它们小小的洞穴周围,土壤会因冻结而变得坚硬,温度可以降到摄氏零下25度(地表在狂风吹过之前的温度可以达到摄氏零下60度)。
  冬天的食物确实很稀缺。“这绝对是瘦身的时间,”威廉姆斯说,“冬眠的动物会在夏天储存大量的脂肪,以应对这一情况。”其他动物采取了更加戏剧性的方法。一些啮齿类动物会在冬天缩小身体,从而只需要很少的能量;田鼠能够缩小一些内脏器官的体积,并减少肌肉重量,鼩鼱则会缩小它们的骨架。
  虽然寒冷可以非常严酷,但这并不是决定生命能否度过极地冬天的关键因素。“目前看来,光线要比温度重要得多,尤其在极地,”挪威特罗姆瑟大学的海洋生物学家约根·伯奇(J?rgen Berge)说道。阳光代表着温暖和光合作用,同时也调节着动物的昼夜节律。
  在纬度较低的北极地区,从白天到夜间的光线依然会有微弱的变化。威廉姆斯说:“太阳本身不会出现,但它会慢慢接近出现。”但是,越往北走,你会发现越难以保持原有的昼夜节律。正常的昼夜节律是一种以约24小时为周期而变化的生理现象,控制着睡眠模式、消化、体温和其他生理功能。北极地松鼠在夏天时通过持续的光照来保持昼夜节律,但在冬天冬眠时就无法继续保持。斯瓦尔巴驯鹿,以及旅鼠等啮齿类动物会转而采用较短的摄食、消化和睡眠周期。相比原来每天固定的睡眠时长,这就好像把这些睡眠分散到一天时间里。其他动物,如外形与鸡类似的岩雷鸟,则不会在冬天表现出明显的睡眠和活跃周期节律。
  对人类来说,打乱昼夜节律会影响我们的新陈代谢,随着时间推移还会增加患上癌症和心脏疾病的风险。不过,科学家推测这种变化对北极动物来说没有什么危害。“它们都很好地适应了这种环境,因此不会出现同样的问题,”威廉姆斯说道。那么,极地动物如何在昼夜节律被打乱时避免健康问题?科学家目前还无法给出确切的答案。

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端足类甲壳动物Themisto libellula在极夜期间还会继续捕食浮游动物

  海洋
  极夜之下的海洋曾经被视为是一片荒凉、沉寂的所在。毕竟,没有了阳光,就不可能有浮游植物的生长。这些藻类以及其他能够光合作用的生物,为磷虾等海洋动物提供了食物,而它们又被更大的动物吃掉,最终养活了更多掠食性的物种。
  “我们所有人,包括我自己,之前都认为极夜是一段没有生命活力的时期,”约根·伯奇说,“这种观点从现在看来已经完全变了!”2007年,伯奇无意间发现极夜期间的海洋原来是多么繁忙。那个冬天,他的声学传感器捕捉到了浮游动物在斯瓦尔巴群岛附近海域垂直迁移的证据。斯瓦尔巴群岛位于挪威和北极点之间,具有独特的极地荒野地貌和生态景观。
  这种大规模迁移发生在全球各个海洋中,微小的浮游动物会在夜间移动到海面附近,在白天则撤回到更深处,以躲避掠食者。这种现象被称为昼夜垂直迁移,可能是地球上最大规模的日常迁移活动。不过,没有人想象过这一现象也会在极夜期间出现。
  自此之后,伯奇和他的同事们开始在冬天进行观察,发现这些迁移取决于月亮的光亮程度。在发表于《当代生物学》(Current Biology)期刊的论文中,他们写道:“与传说中被月光驱使而捕猎的狼人一样,我们的数据也揭示了一种月光驱使的真实活动。”然而,科学家还没有完全弄清楚这些微小的动物是以什么为食,即为什么它们会不断回到海面附近。
  年复一年,伯奇和他的团队一次次在极夜期间来到海洋中,探索海洋动物的活动。在水面以下18到36米之间,具有生物发光能力的浮游动物能使月光和太阳的微光相形见绌。磷虾能利用灵敏的眼睛来充分利用冬天的黑暗。在缺乏新生浮游植物的情况下,扇贝以漂浮的有机碎屑为食,以稳定的速率生长着。
  极夜下的海洋中还生活着更大型的动物,包括大群的水母、虾类、北极鳕和鱿鱼等。科学家曾经目睹海鸟潜水搜寻食物,并且吃得饱饱的。“它们依赖于每天找到的食物,”伯奇说,“你可以看到一只侏海雀或海鸠肚子里装满了磷虾或桡足类,它们可以在几小时内找到并吃下这些食物,在我看来这是最具说服力的证据,表明这一生态系统在全力运行中。”
  尽管身处黑暗之中,但这些海鸟还是找到了某种捕猎的方法。不过,这并不意味着它们在寻找食物时不会利用光亮。海雀和海鸠似乎就会被潜水员的灯光和港口灯吸引。
  然而,对其他动物而言,人造光其实是不小的麻烦。在2018年1月10日发表于《科学进展》(Science Advances)期刊上的论文中,伯奇等人指出,即使是小型科考船发出的温和灯光,也足以使浮游动物向下逃窜。“这是因为它们天生就与周围环境协调紧密,能看到最微弱的光线并做出反应,”他说,“这意味着它们很容易受到突然而明亮的人造光影响!”
  研究人员用自动独木舟分别在靠近和远离科考船光源的位置记录了浮游动物的运动。结果发现,浮游动物在试图躲避非自然光时,能迁移到大约73米以深的深度。这也预示着在极夜期间,北冰洋中存在着更多科学家尚未探测到的生命活动。
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约根·伯奇和同事们用一只自动小船来研究极夜期间光污染对海洋生物的影响。

  冰雪之间
  随着冬天来临,极地海洋中的浮冰数量开始增多,越来越难找到开阔的水域。对海鸟来说这是个糟糕的消息,因为它们需要潜到海面以下寻找食物。墨西哥湾暖流可以使沿着挪威海岸的部分欧洲北极地区没有海冰出现,欧绒鸭和其他海鸟得以在此度过冬天。不过,这更像是例外而非常态,“大多数鸟类都迫不及待地逃离那里,”吉尔克里斯特说道。
  然而,少数鸟类并不会逃离太远。欧绒鸭哈德森湾亚种会在加拿大的贝尔彻群岛度过冬天。吉尔克里斯特说:“这个地方位于北极圈以南,但气候和环境条件完全和北极圈一样。”贝尔彻群岛冬季白天只有几小时,温度可以降到摄氏零下35度,风暴期间的风速可达每小时120公里。
  “但也有生活在黑暗中的鸟类,”吉尔克里斯特说道。由于贝尔彻群岛的形状和潮水,形成了被海冰包围的开阔水域。这些区域被称为冰间湖(polynya),是欧绒鸭等动物生活的场所。白天时,欧绒鸭捕食水下的贻贝和海胆;夜幕降临时,它们回到冰面上,互相靠在一起取暖,保存能量。“然后在夜里,北极狐和北极熊会过来捕捉那些弱小的欧绒鸭,或者鸟群边缘的个体,”吉尔克里斯特说道。
  其实在冰面上还有死去的欧绒鸭尸体,但掠食者熟视无睹。“当它们冻得僵硬时,北极狐很难把它们吃下去,”吉尔克里斯特说,“这些狐狸更喜欢杀死新鲜、温暖的海鸟,然后迅速吃掉。”他和他的同事们还观察到,雪鸮会在冬天时追随欧绒鸭到海上,并栖息在冰面上。加拿大北极地区的雪鸮大部分会在安大略省的草原上度过冬天,但“有些雪鸮在冬天其实变成了海鸟,捕食浮冰上的其他海鸟。而且,我推测,它们会利用黑暗作为优势,”吉尔克里斯特说道。
  冰间湖有时能在纬度足够高的地区形成,使动物在极夜降临时有栖息的场所。在加拿大埃尔斯米尔岛和格陵兰岛西北部之间的北方地区冰间湖(North Water polynya)就是这样一个庇护所。“那里有能在连续三个月完全黑暗条件下生活的海洋哺乳动物,”吉尔克里斯特说,“关键就在于可预见的开放水域,使它们能够接触到空气。”这一条件吸引了海象、白鲸、独角鲸和海豹等动物。
  有一种名为白鸥(学名:Pagophila eburnea)的鸟类似乎还能一直在极夜中坚守,它们在加拿大和格陵兰岛之间的水域中过冬。吉尔克里斯特说:“它们有大量时间在黑暗中度过,我们真的很难知道它们是如何生存下来的。”科学家已经知道,白鸥既能吃鱼,也能取食海豹在冰面上产崽后留下的胎盘。这种灵活的摄食习惯可能帮助了白鸥充分利用各种觅食机会,即使是在黑暗中。
  在南极洲,皇帝企鹅也必须忍受漫长的极夜。这种鸟类在面对南极冬天的严酷时表现得非常勇敢,令人敬佩。这一时期,雄性皇帝企鹅会花上超过100天时间孵卵。大部分企鹅会在冬天撤到内陆地区,但在近期发表的一篇论文中,科学家报告称一些皇帝企鹅逗留在海冰的边缘。这意味着它们在产卵之前有时间下海觅食,而且不需要像其他同类一样孵化那么长时间。研究作者之一、美国斯克里普斯海洋研究所的生物学家杰拉尔德·库伊曼(Gerald Kooyman)说:“企鹅通常是依靠视觉的捕食者,但也可以在夜间捕食。我认为,这就是一个很好的例子。”
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俄罗斯弗兰格尔岛上的麝牛。这座北冰洋岛屿位于东西伯利亚海和楚科奇海之间。

  神秘的领域
  目前,伯奇正在第七次探索极夜的旅程中,他希望能确定多大程度的光污染会干扰浮游动物迁移。几星期之前,他和同事们引导一艘小船远离了作为他们冬季第二个家的大船。一旦脱离了人造光的影响,便会看到摄人心魄的生物发光现象。“你能够看到在你身下的生物光奇迹,到处都闪烁着蓝绿色的光,”伯奇说道。
  事实上,破冰船才是研究极夜最舒适和最安全的地方。研究人员对冬天极地海洋的了解要多过陆地和浮冰。吉尔克里斯特说:“在北极的冬天,科学家受到各种因素的限制,很难实地前往野生动物生活的地方。”许多情况下,他们所能做的就是在温暖月份时,把卫星传送器安装在动物身上,并以此来追踪这些动物在冬季的活动。
  对吉尔克里斯特来说,乘船并不是很好的选择。“许多对海鸟十分重要的北极沿岸区域都‘在海图上未标明’,并且有许多危险的水下礁石和浅滩,”他说,“我正在尝试去往那些有生命活动的地方……北极狐、北极熊和欧绒鸭及其他海鸟交汇的地方,以及在我们无法到达的浮冰上,还有雪鸮和许多其他生命活动正在发生着。”
  于是,吉尔克里斯特和经验丰富的因纽特人向导一起扎营,并建起具有炉子的胶合板观察装置,内部温度能达到摄氏零下20度。“这就像坐在冰箱里,”吉尔克里斯特说,“如果你不小心犯错,或者弄湿自己,那你可能就没命了;这是相当危险的工作。”
极夜生态系统及其周围地区的环境条件虽然很极端,但也非常脆弱。北极变暖的速度比世界其他地方都快。这意味着未来北冰洋上的浮冰会更少,光线能在冬天到达更深的海水。此外,海运线路也将向北拓展,带来更多的人造光。伯奇等人的研究指出,这可能会对海洋生物在黑暗中的活动带来负面影响。
  科学家还担心北极地区的冬季降雨可能越来越普遍。当雨水落到地面并冻结时,会锁住啮齿类、驯鹿和麝牛等动物赖以生存的植物。与在积雪中挖掘不同,这些动物此时面对的是坚硬的冰块。未来几年中,麝牛可能无法再生活在西伯利亚或阿拉斯加,而只能出现在格陵兰岛北部的偏远地区。
  关于动物如何在极夜期间生存,我们还有很多需要探索和了解的地方。我们更难以了解它们在面对气候变化时会有多么脆弱。但是,黑暗而严酷的环境条件并不能阻止科学家们重返极地,他们将尽可能地接近动物的栖息地,探索极端环境下的生命奥秘。

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