来源:原理

  由于气候变化所导致的全球性温度升高,加剧了极端热浪的出现频率和严重程度。这种变化对地球上的许多生态系统都造成了严重的影响,以世界上最大的活体组织结构——大堡礁为例,其后果就显而易见。据统计结果显示,在2020年,由于海水长时间保持在高温状况下,大堡礁遭遇了五年内的第三次大规模珊瑚白化事件,科学家最近已将大堡礁的生态系统状况调至为“危急”。

  与无法靠移动来躲避热浪的大堡礁相比,能够游动的鱼类等动物在面对这种变化时,情况是否会好一些?

  绝大多数鱼类都是变温动物(冷血动物),在水体中,它们的体温与周围水域的温度非常接近,当它们无法承受周围环境的高温时,有的鱼的确可能游动到温度更低的水域去。从过去的研究来看,许多鱼类物种已经将它们的活动范围向极地,或者更深更冷的水域迁移。然而,这种“搬家行为”并不适用于所有鱼类,因此,能够自由移动只在一定程度上帮助了一些动物的生存。

  其实,当一个物种在应对环境变化,其适应能力通常取决于三个因素——它们的致热耐受性、驯化能力和进化适应性。在热浪期间,致热耐受性对于物种的生存尤为重要。一旦温度超过了致热耐受性的上限,生物体便无法继续正常运行其生理机制。

  那么,一个物种的致热耐受性是可以发生变化的吗?一直以来,科学家对于脊椎动物的致热耐受性的进化潜力并不十分清楚。直到现在,一个国际合作团队在脊椎动物身上进行了有史以来最大规模的以致热耐受性为重点的人工进化实验。

  他们以野生斑马鱼(Danio rerio)为实验对象,用三年时的间在实验室里培育出了经历六代的20000多条斑马鱼。通过观察和分析这些斑马鱼的致热耐受性,他们发现致热耐受性的确是可以进化的,只是相较于气候变化的速度,这种进化仍然是缓慢的。研究人员将研究结果发表在了近期的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

  斑马鱼是水生动物世界中常被用于进行科学实验的“小白鼠”。在野外,它们常见于南亚的浅池和小溪等水体中。在热浪中,浅水会迅速升温,使得斑马鱼的生存环境的温度非常接近于它们所能承受的温度极限。这使得斑马鱼成了研究进化能否跟上不断上升的温度的理想实验物种。

斑马鱼是一种小型的生活在南亚地区的淡水鱼。| 图片来源:Per Harald Olsen / NTNU斑马鱼是一种小型的生活在南亚地区的淡水鱼。| 图片来源:Per Harald Olsen / NTNU

  在实验中,研究人员野生斑马鱼的后代进行了人工选择,让它们在六代的时间里增加其致热耐受性。结果发现,这些斑马鱼的致热耐受力的上限,在以每一代0.04°C的速度增长。这是一个令人欣喜的发现,它意味着物种的确可以进化出这种能力;但与此同时,与全球性的气温升高相比,这种进化速度还是太慢了。

  除此之外,研究人员也对已经经过了高温驯化的斑马鱼进行了人工选择,以此来以测试经过了高温驯化的鱼是否也进化出这种改变致热耐受性的上限的能力。驯化是指动物在变化的环境下,通过调整自己的生理机能来更好地适应新环境。驯化发生在个体内部,而进化发生在代际之间。

  在实验中,研究人员用两周的时间对一组鱼进行高温驯化,让它们的致热耐受性有所增强。结果发现,那些已经进化出更高致热耐受性的鱼类只能适应更小的高温驯化。最终,它们的生理机能会达到一个无论是通过进化还是驯化都无法克服的温度上限,然后死亡。这意味着,斑马鱼不能无限地提高它们的致热耐受性。

  研究人员总结道,进化虽然能使斑马鱼对更高的温度有更好的耐受性,但却阻碍了它们的驯化能力。

  现如今,一些鱼类所生活的水域的温度已经接近其所能承受的温度极限,因此给它们留下的安全升温幅度非常微小。此外,研究人员认为,那些生存在温度极限附近的其他热带物种很可能面临着类似的情况。对有的物种来说,周围环境的温度已经超过了它们所能承受的极限,因热浪导致的物种大量死亡屡见不鲜,这不仅发生在鱼类身上,还发生在恒温动物(温血动物),如热带鸟类和蝙蝠等身上。

  对许多热带物种来说,气候变化的速度超过了进化的速度。随着热浪变得越来越极端,最高气温持续走高,那些不能快速进化到能够忍受热浪的物种,有可能因此遭遇灭绝。除非我们大幅减少温室气体排放,否则在未来几十年里,更多的物种将会因此而灭绝。


新闻来源:新浪