那些適應(yīng)極端環(huán)境的生物：誰(shuí)才是地球更好的朋友

【編者按】

自然會(huì)以人類的意志為轉(zhuǎn)移嗎？在《未來(lái)自然史：掌控人類命運(yùn)的自然法則》一書中，作者生態(tài)學(xué)家羅布·鄧恩認(rèn)為不會(huì)。他從生物進(jìn)化角度剖析人類的發(fā)展及未來(lái)，闡述哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、微生物等物種的進(jìn)化趨勢(shì)及植物的衍變，結(jié)論是：人們盡了最大的努力來(lái)控制自然，但生命有其自己的運(yùn)行規(guī)則。在書的開頭，鄧恩幽默地把這本書“獻(xiàn)給我計(jì)劃周詳?shù)母赣H”。本文摘自《未來(lái)自然史：掌控人類命運(yùn)的自然法則》（李蕾 / 張玉亮譯，新星出版社2024年1月版）第十一章“自然未盡于此”。在極端嚴(yán)酷的自然條件下，存在著大量人類無(wú)法充分了解和研究的生物——它們?cè)诳釤?、有毒的環(huán)境中有自己的生存之道。也許在未來(lái)，這些生物才是地球更好的朋友。

《未來(lái)自然史：掌控人類命運(yùn)的自然法則》書封

當(dāng)?shù)谝慌镒哟笮〉墓湃祟愰_始進(jìn)化時(shí)，地球環(huán)境中的氧氣水平基本上和現(xiàn)在一致。二氧化碳含量和溫度都略高，這有利于早期的古人類生存。大約190萬(wàn)年前，當(dāng)直立人開始進(jìn)化時(shí)，氧氣和二氧化碳的濃度以及溫度基本上和現(xiàn)在一致，不過(guò)更涼爽些，這恰好也是適合現(xiàn)代人類居住的環(huán)境。這不是巧合。人體的大部分特征，從耐熱能力、排汗能力，到呼吸能力，都是在這個(gè)時(shí)期進(jìn)化而來(lái)的。換句話說(shuō)，人類的譜系，就像許多現(xiàn)代物種譜系一樣，在過(guò)去190萬(wàn)年間隨著地球生態(tài)環(huán)境的變化發(fā)生了進(jìn)化，而這些環(huán)境在地球的漫長(zhǎng)歷史中十分罕見。

人類在這難得一遇的環(huán)境條件下完成了進(jìn)化，卻誤認(rèn)為這種環(huán)境再正常不過(guò)了。我們總是對(duì)人體對(duì)地球環(huán)境的適應(yīng)性感到理所當(dāng)然，但事實(shí)是，（人類活動(dòng)導(dǎo)致的）全球變暖現(xiàn)象越嚴(yán)重，人體就越無(wú)法適應(yīng)我們周圍的環(huán)境。我們?cè)绞歉淖兪澜?，現(xiàn)實(shí)世界就越是脫離人類生態(tài)位。另外，過(guò)去通過(guò)進(jìn)化來(lái)適應(yīng)溫度、氣候和其他環(huán)境條件的物種，不再為了生存繼續(xù)進(jìn)化，而是尋找零星的宜居環(huán)境。即使人類的種種行為導(dǎo)致地球變暖，人類為滿足自身發(fā)展需要而大肆污染環(huán)境，這些物種依然可能在這種條件下生存下來(lái)，甚至在某些情況下茁壯成長(zhǎng)。

許多古老的物種譜系依賴的生存環(huán)境在人類看來(lái)似乎不可能有生命存在。一些細(xì)菌生活在海底火山噴口的高壓環(huán)境下，從火山中心噴發(fā)的熱氣中獲取能量。它們已經(jīng)在那里生活了數(shù)十億年。其中有一種細(xì)菌叫熱液口火裂片菌，是地球上最耐熱的細(xì)菌，可以承受高達(dá)112°C（235°F）的溫度。這種細(xì)菌一旦浮出水面就會(huì)死亡，因?yàn)樗鼈儫o(wú)法承受空氣中的壓力，不能受陽(yáng)光照射，不能接觸氧氣，而且不耐寒。其他細(xì)菌有的存活在鹽晶中，有的存活于云層里，有的則藏身于地下一英里處的石油中。有一種叫耐輻射奇球菌的細(xì)菌生活在輻射強(qiáng)度足以削薄玻璃結(jié)構(gòu)的環(huán)境中?！岸?zhàn)”期間投在廣島和長(zhǎng)崎的原子彈含有1000拉德輻射，1000拉德的輻射足以殺死人類，而耐輻射奇球菌卻可以承受近200萬(wàn)拉德輻射。由于人類對(duì)地球的破壞而造成的幾乎所有（也許是所有）的極端環(huán)境和過(guò)去的某些環(huán)境有些相近，這種環(huán)境對(duì)某些物種的生存繁衍極為有利。對(duì)這些物種而言，令人心生恐懼的未來(lái)世界卻是它們理想的生存天堂，假如這種變化使地球環(huán)境回到了原始時(shí)期的狀態(tài)，它們的日子則會(huì)過(guò)得更順風(fēng)順?biāo)?/p>

然而，我們對(duì)大多數(shù)適應(yīng)在這些復(fù)現(xiàn)的原始環(huán)境下生存的物種知之甚少。生態(tài)學(xué)家只研究過(guò)個(gè)別物種。正如我在本書開頭所指出的，生態(tài)學(xué)家的研究重點(diǎn)過(guò)多地放在了像人類這樣體形大、眼睛大的哺乳動(dòng)物和鳥類身上，其中許多物種都受到環(huán)境變化的威脅，而這些變化都是由人類的破壞行為引起的。他們還在關(guān)注正在衰退的生態(tài)系統(tǒng)和正在消失的物種，而不是可能發(fā)展變化的生態(tài)系統(tǒng)和不斷進(jìn)化的物種。生態(tài)學(xué)家喜歡研究熱帶雨林、古老的草原和島嶼，不喜歡在有毒的垃圾場(chǎng)和核場(chǎng)址工作，哪怕垃圾場(chǎng)和核場(chǎng)址距離我們更近、研究難度更小。可誰(shuí)又能責(zé)怪他們呢？同時(shí)，地球上環(huán)境最極端的沙漠，偏遠(yuǎn)又荒涼，更像是一個(gè)人的流放地，而不是學(xué)校下課后一群人蜂擁而至的熱鬧之所。這些地方也是研究空白。結(jié)果是，我們往往對(duì)一些發(fā)展最迅速的生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)狀況視而不見，對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的極端情況視而不見。在這一點(diǎn)上，就連我本人也不例外。

我意識(shí)到這種認(rèn)知差距的契機(jī)在幾年前，當(dāng)時(shí)我在研究氣候變化背景下大肆繁衍的螞蟻的數(shù)量和種類。我們使用的研究工具是一個(gè)簡(jiǎn)單的圖表——惠特克生物群系圖。生態(tài)學(xué)家羅伯特·惠特克有繪制溫度與降水量圖表的習(xí)慣（他似乎是從原德籍、現(xiàn)德裔美籍的生態(tài)學(xué)家赫爾穆特·利斯那里學(xué)來(lái)的）。他發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)變量本身就足以描述地球上大部分生物群落的特征：濕熱的是雨林，干熱的是沙漠，諸如此類。氣候與地球上主要的生物群落之間的這種關(guān)系十分堅(jiān)韌和穩(wěn)定，因此生態(tài)學(xué)家約翰·勞頓將其稱為“生態(tài)學(xué)最有用的普遍性”之一。

幾年前，內(nèi)特·桑德斯（現(xiàn)任密歇根大學(xué)教授）和我牽頭與來(lái)自世界各地的數(shù)十名研究螞蟻的生物學(xué)家通力合作，匯總了我們可以找到的所有關(guān)于螞蟻群落的系統(tǒng)性研究。然后，我們和同事克林頓·詹金斯一起為這些進(jìn)行研究的地點(diǎn)繪制了溫度和降水量圖。每個(gè)點(diǎn)都凝聚了一個(gè)螞蟻生物學(xué)家數(shù)百小時(shí)的工作，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)都來(lái)之不易。然而，當(dāng)我們查看與地球上的氣候相關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)研究還是有所遺漏。

生物學(xué)家選擇進(jìn)行螞蟻研究的地方與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件有關(guān)。一些極寒環(huán)境尚未有人研究，部分原因是其中許多地方?jīng)]有螞蟻——沒人會(huì)在沒有螞蟻出沒的地方研究螞蟻；最熱的森林和沙漠也鮮有人涉足。并不是說(shuō)我們從未研究過(guò)這些地區(qū)，只是我們對(duì)這些地方的了解還十分有限。不止在螞蟻這一領(lǐng)域是如此，我們幾乎能確定，在鳥類、哺乳動(dòng)物、植物和大多數(shù)其他生物群落等領(lǐng)域都存在這種研究空白。如果我們把篩選條件換成其他參數(shù)，例如溫度和降水的變化或環(huán)境的化學(xué)特性（例如pH值或鹽度），我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)極端環(huán)境下的研究也缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，從人類的角度來(lái)看，環(huán)境越極端，生活在這些環(huán)境中的螞蟻獲得人們關(guān)注的可能性就越小。

人們或許認(rèn)為螞蟻生物學(xué)家沒有去極端炎熱的沙漠里研究螞蟻群落是因?yàn)槟抢餂]有螞蟻（極寒地區(qū)也可以用這個(gè)理由）。可事實(shí)并非如此。多虧了那一小部分不畏酷熱的螞蟻生物學(xué)家比如我的朋友西姆·塞爾達(dá)，我們才對(duì)一些蟻種有所了解，例如箭蟻可以吸收熱量。事實(shí)上，箭蟻比任何動(dòng)物都更耐熱。它們生活在世界上最熱的沙漠里，還能在一天中最熱的時(shí)候外出覓食。箭蟻可以在高達(dá)55°C（131°F）的溫度下存活。正如昆蟲學(xué)家呂迪格·韋納所說(shuō)，它們是“熱愛高溫、尋求高溫的酷熱斗士”。天氣炎熱時(shí)它們會(huì)收集花瓣，舔舐植物莖中的糖分，還會(huì)收集其他死于熱應(yīng)激的動(dòng)物的尸體。

沙漠中的箭蟻

極端生境中的箭蟻種類豐富。地球上有至少一百種箭蟻，它們各不相同，但都嗜熱。它們已經(jīng)進(jìn)化出許多適應(yīng)能力以應(yīng)對(duì)高溫：它們長(zhǎng)著長(zhǎng)長(zhǎng)的腿，能夠在沙地上停留和快速奔跑；它們擁有靈活的錘腹（腹部），可以支撐身子遠(yuǎn)離沙地；它們的身體里不斷產(chǎn)生熱休克蛋白保護(hù)它們的細(xì)胞，尤其使它們的酶不受高溫破壞。此外，最耐熱的箭蟻是撒哈拉銀蟻，它們身上覆蓋著一層緊密的棱柱狀毛發(fā)，可以反射幾乎所有落在身上的可見光和紅外光，如同一件刀槍不入的盔甲。這層盔甲不僅可以防止它們體溫過(guò)高，還可以幫它們通過(guò)熱輻射散發(fā)多余熱量。

研究撒哈拉銀蟻的一大挑戰(zhàn)是，它們喜歡出沒的地方溫度極高，對(duì)其他動(dòng)物，包括人類來(lái)說(shuō)都很危險(xiǎn)。西姆·塞爾達(dá)在所有他能找到的撒哈拉銀蟻出沒的地方研究這些螞蟻，包括西班牙最熱的地區(qū)、以色列的內(nèi)蓋夫沙漠、土耳其干燥的安納托利亞大草原和非洲北部的撒哈拉沙漠。他作研究時(shí)必須帶足水。但這還不夠，他有時(shí)還會(huì)把自己埋在沙子里降溫。即便如此，螞蟻精力充沛，生機(jī)勃勃，而他卻常常萎靡不振，力不從心。正如西姆自己所說(shuō)，這是因?yàn)樗昙o(jì)大了，再者他是人類，不像螞蟻那么耐高溫。這就為惠特克生物群系圖中與高溫相對(duì)應(yīng)的部分沒有太多數(shù)據(jù)點(diǎn)找到了一個(gè)合理的解釋：人類在那些地方很難開展科學(xué)研究。

有些地區(qū)的箭蟻從未被人研究過(guò)，其中一個(gè)地區(qū)便是埃塞俄比亞阿法爾三角洲北部的達(dá)納基爾沙漠，地處厄立特里亞和吉布提的邊界。阿法爾三角洲位于努比亞板塊、索馬里板塊和阿拉伯板塊三個(gè)大陸板塊的交會(huì)處。這些板塊在此處不斷分裂運(yùn)動(dòng)，每年大約移動(dòng)兩厘米。阿法爾三角洲是一個(gè)充滿神奇變化的地方。這里曾經(jīng)生機(jī)盎然，有著美麗的草原，長(zhǎng)滿無(wú)花果樹；河流中有游蕩的河馬和巨大的鲇魚；在山林間，大鬣狗追逐著野豬、羚羊和角馬。那里過(guò)去就和如今的塞倫蓋蒂平原一樣廣袤豐饒，有著豐富的物種資源和自然奇觀。440萬(wàn)年前，遠(yuǎn)古人類地猿始祖種生活在阿法爾三角洲。三四百萬(wàn)年前，著名的古人類露西所屬的南方古猿也曾在此處定居。之后，直立人在這里制造石器，狩獵，甚至做飯。早在15.6萬(wàn)年前，我們的直系祖先智人就曾在該地現(xiàn)身。在這幾千年中，該地區(qū)的自然條件完全符合古代人類和現(xiàn)代人類的生態(tài)位標(biāo)準(zhǔn)。后來(lái)干旱降臨，這里就一直保持著干旱的狀態(tài)。

現(xiàn)如今，達(dá)納基爾沙漠幾乎沒有永久居民。在潮濕的季節(jié)，遠(yuǎn)方的牧民來(lái)此放牧，然后再去往他處，人類很難在達(dá)納基爾定居。對(duì)于歐洲探險(xiǎn)家來(lái)說(shuō)，想要穿越該地區(qū)，其難度不亞于在南極洲旅行，二者對(duì)于人類來(lái)說(shuō)都是極限挑戰(zhàn)。在一部編年史中有關(guān)于穿越沙漠的描述，那是一段極其艱辛的旅程，在此期間“有10頭駱駝和3頭騾子死于口渴、饑餓和疲勞”。未來(lái)可能會(huì)有更多地方變成這樣。然而，盡管我們的祖先曾經(jīng)以阿法爾三角洲為家，古人類學(xué)家花費(fèi)了大量時(shí)間挖掘他們的骨骼，尋找他們的蹤跡，但我們對(duì)該地區(qū)現(xiàn)代的生態(tài)狀況卻知之甚少。最近似乎沒有人對(duì)那里的動(dòng)物多樣性進(jìn)行過(guò)調(diào)查，甚至沒有人對(duì)已知生活在那里的蟻種進(jìn)行任何詳細(xì)的研究。在該地區(qū)動(dòng)物研究中，大多數(shù)研究對(duì)象都是古老的、已滅絕的脊椎動(dòng)物，而且這些研究是基于化石中的骨骼進(jìn)行的。這實(shí)在是不應(yīng)該，因?yàn)樵摰貐^(qū)的現(xiàn)狀，尤其是達(dá)納基爾沙漠的現(xiàn)狀，與未來(lái)許多沙漠的預(yù)期狀態(tài)最為相似。這片沙漠異常炎熱，異常干燥，偶爾還會(huì)遭遇洪水，且洪水來(lái)臨前毫無(wú)征兆。幾乎可以肯定，這里現(xiàn)在是箭蟻的領(lǐng)地了。但還沒有人研究過(guò)這些箭蟻，它們繼承了這片人類祖先曾經(jīng)的沃土。也許有一天，西姆會(huì)去那里研究螞蟻，也許不會(huì)，誰(shuí)又說(shuō)得準(zhǔn)呢。

研究箭蟻遍布的達(dá)納基爾沙漠的沙石為我們提供了一個(gè)獨(dú)特的視角，得以窺探未來(lái)世界常見的惡劣氣候，但是我們還沒有好好利用這個(gè)機(jī)會(huì)。不過(guò)這里并不是該地區(qū)最極端的生境。人們?cè)谶_(dá)納基爾沙漠一個(gè)最熱、最干燥的地方發(fā)現(xiàn)了達(dá)洛爾——一個(gè)地?zé)釁^(qū)，那里到處是溫泉。溫泉出現(xiàn)在海水滲入地下處與巖漿噴發(fā)處相接的地方。海水上升到地表形成了類似于黃石國(guó)家公園的溫泉。水到達(dá)地表時(shí)接近100°C（212°F），含鹽量也很高。有些地方的溫泉可能含硫，或既含硫又是酸性的，這取決于泉水穿過(guò)的巖層的性質(zhì)。在某些地方，溫泉水的pH值為0，這樣的強(qiáng)酸性在地球上其他地方都很罕見。更重要的是，溫泉周圍的空氣中二氧化碳含量很高，甚至?xí)?dǎo)致它們附近的動(dòng)物死亡。人們有時(shí)在溫泉周圍會(huì)發(fā)現(xiàn)鳥類和蜥蜴的尸骨，它們要么是吸入了二氧化碳，窒息而死，要么誤以為它是綠洲中的甘泉，飲用后死于強(qiáng)酸腐蝕。在某些地方，空氣中還含有可能致命的高濃度的氯。溫泉下的土地和它周邊的土地是綠色、黃色和白色的，看起來(lái)很危險(xiǎn)，聞起來(lái)也很危險(xiǎn)。比起這些溫泉，周圍的沙漠，世界上最熱的沙漠都顯得沒那么可怕了。然而，溫泉并非對(duì)所有物種都充滿敵意。實(shí)際上溫泉在生活中到處可見。

西班牙天體生物學(xué)中心的費(fèi)利佩·戈麥斯和他的同事，發(fā)現(xiàn)了大約十幾種屬于烏斯發(fā)現(xiàn)的生命譜系的太古生物，這里高溫、酸性高、鹽度高的溫泉反而利于它們生長(zhǎng)和生存。由這十幾個(gè)物種進(jìn)化出的物種加起來(lái)比地球上所有脊椎動(dòng)物的總和還要多。這些種類豐富的單細(xì)胞生物可能是地球上最極端的生命形式。它們?cè)诘厍蛏仙僖姷臉O端環(huán)境條件下繁衍生息。戈麥斯研究這些物種，一部分原因是想要了解太陽(yáng)系其他天體上可能存在的生命形式，例如火星或木星的第二顆衛(wèi)星木衛(wèi)二。達(dá)洛爾溫泉中的微生物可能會(huì)被風(fēng)吹到平流層甚至更遠(yuǎn)的地方，還能活下來(lái)，它們也可能會(huì)被火星探測(cè)器無(wú)意中帶到了火星。（沒準(zhǔn)兒它們已經(jīng)是火星居民了。）或者我們能夠利用它們幫助我們?cè)诨鹦腔蚱渌胤蕉ň?。但這些微生物也可以作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)推測(cè)在（人類行為無(wú)意中導(dǎo)致的）最惡劣的地球自然條件下生命體的樣子。這些太古生物靜靜地等待著人類讓地球溫度不斷升高，不斷加重土壤鹽堿化，甚至提高環(huán)境的酸堿度，這樣，它們才能夠茁壯成長(zhǎng)，成為地球更友好的朋友。