动物的毛色取决于什么—记者通报

报社编辑何丽萍


气候变暖对自然生态系统的影响越来越大,但这会对动物进化产生什么影响?《科学》杂志最近报道了最近围绕这个话题的争议。随着气候变暖,动物的颜色会变深还是变亮?


关于气候变化将如何改变动物的争论并不新鲜,人们从19世纪就开始思考这个题。当时,生物学家发现了多种“规则”来解释温度如何影响生态系统和进化。一条规则是,在炎热的气候下,动物有较大的附肢,例如耳朵或喙,有助于散热。


另一种理论认为,最大的动物群体往往生活在靠近两极的地方,因为它们较大的身体有助于它们保存热量。例如,北极熊比生活在中纬度地区的棕熊大得多。


这就是所谓的“格罗格定律”,以德国生物学家康斯坦丁格罗格的名字命名。该规则可概括如下生活在温暖地区的动物会有较深的外观,而生活在寒冷地区的动物会有较浅的外观。


人们认为哺乳动物的深色皮肤和毛发可以抵御紫外线。紫外线在阳光明媚的赤道地区最为明显。在鸟类中,深色羽毛中的特殊黑色素似乎也能抵抗细菌的侵袭。这也是热带国家的一个优势。


中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室田力博士和英国布里斯托大学MichaelBenton教授重新燃起了人们对这一古老定律的兴趣,并将其发表在《细胞》杂志《当代生物学》上。出版集团,2020年7月。《生物学》在线发表了论文《根据经典生物地理规则预测生物对未来气候变暖的反应》。本文介绍和总结了从达尔文时代到上世纪下半叶以其发现者命名的七个生物定律,这些定律总结了生物生态/分布与地理和气候带之间的重要关系。


基于这一经典理论,作者对未来气候持续变暖做出了七项具体预测


1.鸟类和哺乳动物的四肢成比例地变长。


2.植物、海洋无脊椎动物、鸟类和哺乳动物将变得更小。


3.昆虫、鸟类、哺乳动物的体色变深。


4、哺乳动物的心脏和肺的比例会变小。


5.鱼的刺会减少。


6、植物、海洋无脊椎动物、昆虫、鸟类和哺乳动物的物种范围变小,生物多样性高峰区向二级移动。


7.鱼类、昆虫和海洋无脊椎动物将产下越来越小的卵,更多的海洋底栖生物将通过产生浮游幼虫来繁殖。


论文指出,自工业革命以来,全平均气温已上升超过1度,气候组织预测到2100年将继续上升1至5度以上。当今各种陆地灾害,包括洪水/干旱、飓风、频繁发生的空气污染和流行病、物种多样性丧失以及许多物种面临灭绝的危险,都被认为与气候变化密切相关。这篇论文准确预测了一些生物群体将如何适应未来的温室气体气候变化,告知我们需要为这些变化做好准备,同时也敦促人们更多地关注那些无法适应的群体和物种,它提醒了人们。特别是伯格曼定律、格勒格尔定律和艾伦定律当然适用于人类,黑森定律和拉伯特定律也是如此。我们必须更加关注未来人类可能发生的变化。


但根据2020年12月发表在《当代生物学》杂志上的两篇文章,其他生物学家认为这个题尚未解决。澳大利亚鸟类学家卡斯帕德尔希(KasparDelhey)认为结论并不那么简单,并表示还有很多工作要做。他在德国马克斯普朗克鸟类研究所远程工作。


过去几年,德尔希一直致力于如何推翻格洛格定律并用更准确的理论取而代之。他说这个理论充满了疑。原因之一是格罗格在1833年整理数据的书显得杂乱而稀疏。


2020年12月初,Delhey和三位同事在《当代生物学》上发表了对TianLi博士和Benton教授的回应。他们认为格鲁格尔混淆了温度和湿度。潮湿的环境使植物生长茂盛,为动物提供躲避捕食者的阴凉处。因此,动物在潮湿的地方往往会变得更黑以伪装自己。德尔希说,温暖的地方往往潮湿,但也有潮湿、凉爽的森林,比如塔斯马尼亚,那里发现了最黑的鸟类。


德尔海表示,增加湿度作为变量会破坏格洛格定律,因为气候变暖会导致动物体重变轻。对于冷血动物尤其如此。昆虫和爬行动物依赖外部热源,在寒冷的地方,它们黑暗的外表有助于它们吸收阳光。在温暖的气候下,这种需求不那么紧迫,动物的颜色最终会变得更鲜艳。


李田博士和本顿教授表示欢迎学术解释。在回应德尔希团队时,他们引用了一些例子,证明他们对温暖气候下颜色较深的动物的预测是准确的。例如,芬兰黄褐色猫头鹰的颜色要么是棕褐色,要么是浅灰色,浅灰色在雪地里起到伪装的作用。然而,随着芬兰积雪减少,黄褐色猫头鹰的数量从1960年代初期的12只增加到2010年的40只。


但他们也承认,当温度和湿度发生变化时,预测与气候相关的色效果变得尤其复杂。气候模型预测亚马逊将变得越来越热和干燥,各方都认为这将使动物不再那么脆弱。但西伯利亚的北方森林可能会变得越来越热和湿润,导致温度和湿度预测相互矛盾。本顿教授表示,与物理学或化学不同,生物学定律“既不是绝对的,也不像重力”。


即使总体趋势没有改变,也很难预测个别物种将如何变化。西雅图华盛顿大学的生物学家劳伦巴克利(LaurenBuckley)研究高海拔地区蝴蝶的颜色。蝴蝶通过晒太阳来吸收热量,但它们的翅膀只有一小部分真正吸收了热量。您也许可以在不知道这一点的情况下量化整个机翼的颜色,但这并不重要。换句话说,人类必须全面思考生物体如何与其环境相互作用。


颜色变化也可能取决于动物的体温调节系统。冷血动物会有更明亮的颜色,但鸟类和哺乳动物会有更多变化的结果。为了改进预测,巴克利建议使用博物馆标本来延长研究期限,尽管它们的颜色会随着时间的推移而褪色。天利博士计划通过在温室中利用甲虫和软体动物进行实验来积极诱导颜色变化。


但如果人类未能有效遏制气候变暖,越来越多的有关动物变化的数据可能会为这场争论提供最终案。但如果这种情况真的发生,许多物种将会灭绝,这将是一个悲伤的结果。


责任


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