气候变暖让白熊“出轨”棕熊?

跨越千年的基站进化史

话说蜉蝣君在思考基站进化史这个主题时,忽然想到,以基站为标志的移动通信系统,就正如地球上的生命的发展史一样,大多数的岁月寂寂无声,到最后突然加速。基站的历史,也和上面的过程类似。到了2G,基站的进化成为了数字系统,内部处理更为复杂,但其外在长相并没有太大的变化。

本文来自微信公众号:SME科技故事(ID:SMELab),作者:SME,Photo by Brian McMahon on Unsplash

不得不承认,摄影作品的冲击力给舆论带来的影响是巨大的。

比如当你看到下面这张记录苏丹饥荒的照片,你多半会感到震惊和同情,甚至有一种想要给予他们援助的冲动。但你不会因为苏丹人民的不幸遭遇就认为全人类的生存正在遭受威胁,更不会认为人类已经濒危,因为你知道包括自己在内的其他大多数人都活得很好。

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然而,我们把照片的主角换成人见人爱的北极熊,事情就变得有意思了。很多人一见到瘦北极熊,立刻想到浮冰消失,立刻想到气候变暖,立刻想到北极熊濒危,立刻想到人类末日……我们的想象惟在这一层能够如此跃进。(鲁迅:我没说过!)

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也正是因为很多人轻信了北极熊即将灭绝的消息,近年来大量游客涌入加拿大的极地赶在它们消失前看一看毛茸茸的“遗容”。

是谁告诉我们北极熊已经走向了穷途末路?

地球的气候正在以从未有过的速度变化着,而气候变化也的确会对很多动物的生存带来影响。但北极熊即将会因为气候变暖而灭绝的观点是不被很多研究认可的。

根据现在我们对北极熊的研究来看,北极熊虽然从特征到习性都是高度适应北极的寒冷气候,但它们的起源和演化却都离不开气候剧变,它们不仅经历过比今天更加极端的温暖,甚至连这个物种的诞生都始于气候变暖。

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对于大型哺乳动物而言,新物种的形成通常都在百万年以上,是相当缓慢的。而北极熊的体态特征和生活习性又过于特化,与任何别的熊类都不相似。因此,早前我们会认为北极熊的历史至少有数百万年。

我们其实一直都对北极熊的起源和演化非常感兴趣,不过早前因为遗传学的研究手段并不成熟,大多依靠化石研究来推测,而北极熊的化石又非常稀少,因此准确度并不高。

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由Ólafur Ingólfsson教授发现的北极熊下颌骨化石,可追溯至11.5万年前

不过,近年来我们通过群体基因组学的研究得出了结论,北极熊大约在47.9万年前到34.3万年前才出现,算是一种非常年轻的物种。实际上北极熊和棕熊的亲缘关系非常近,至今都没有形成生殖隔离。

在2006年,美国猎人马特尔在加拿大班克斯岛射杀了一头熊(付费且合法),这头熊乍一看像是北极熊,但是它的体表却有零星的褐色斑块,眼睛周围一圈的毛色发黑,爪子比北极熊更长,背部还有类似棕熊那样的隆起。

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马特尔与他射杀的混血熊

加拿大一家实验室对这头熊的DNA进行的检验,证实它的确是一头混血熊,是由母北极熊与公棕熊所生。此前也有动物园让北极熊和棕熊交配,生下了健康的后代。

基于这样事实,有科学家认为北极熊起源于棕熊,是棕熊的其中一个种群不断适应北极环境而形成的新物种。但是群体基因组学研究得出的结论并不相同,遗传学证据显示北极熊与棕熊是独立演化的,两者有共同的祖先。

根据推测,北极熊和棕熊分开的时期正好是气候温暖的间冰期,并且是近一百万年内最长的温暖时期。对花粉记录的研究显示,当时格林兰岛甚至出现了灌木覆盖的痕迹,北极地区的浮冰覆盖大大减少。

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阿拉斯加的植被,与曾经的格陵兰岛类似

在这种情况下,北极熊和棕熊的共同祖先开始扩大领地,因为在更北的地区也有灌木提供充足的食物。它们中的一部分进入了格陵兰岛生活。

随着地球气候的周期性变化,大约每10万年地球就要经历一次冰期,每个周期中会有约1万年左右的温暖期,我们目前正处于这样的暖期。当年北极熊和棕熊的祖先在温暖期进入了北极,随后气候又逐渐变冷,但它们中的一部分并没有离开北极地区,而是逐渐适应了寒冷的环境成为北极熊,与留在亚寒带森林的种群分开,后者逐渐演化成了棕熊。

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分开之后,北极熊演化出了最重要的一个特征——超强的脂肪代谢能力。这个特征甚至比更显眼的浑身白毛还要重要。北极熊高度依赖浮冰捕猎,在夏天它们没有食物来源,因此会在猎物匮乏的季节“休眠”,消耗的能量完全来自身体积累的大量脂肪。因此北极熊进化出了特殊的脂肪代谢能力,保证它们肥胖的同时不出现心血管疾病。

研究发现,北极熊的基因在进化中受到了更强的正选择,即有利的突变基因更容易传播。其中前16个最强的正选择基因中,有9个基因是与动脉硬化或心肌病相关的,还有一个APOB基因与脂肪的运输代谢有关,而这个基因在没有在其它熊类和棕熊中检测到,可以认为是北极熊独有的。

如此大的变化仅仅在短短不到50万年的时间就形成,堪称生物界的奇迹。一般认为北极熊超高的进化速度与严酷的北极环境息息相关,是硬生生被生活压力逼出来的。

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虽然说是气候变暖催生了如此与众不同的北极熊,可实际上还是北极寒冷的环境造就了与众不同的北极熊,那它们真的能在气候变暖后存活吗?

前一部分已经提到过了,第四纪(约260万年前至今)时期,地球气候每10万年就会经历一次冰期与间冰期的周期性变化。讲道理,北极熊这个物种已经至少有30万岁了,怎么可能没有经历过气候变暖?

根据科学家对南极沃斯托克冰芯的研究,估算出了40万年前至今的气候变化。其中在约32.5万年前、24万年前、12.5万年前、1万年前地球都处于高温的状态。特别是距今32.5万年左右的那一次,当时的地球年平均气温比今天还要高2摄氏度。

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过去40万年的冰芯数据,冰川周期的平均长度约为100000年。蓝色曲线是温度,绿色曲线是CO2,红色曲线是风吹的冰川尘埃

极度高温当然也严重影响了北极熊的生存。通过全基因组数据推断北极熊历史群体的变化,我们发现北极熊种群曾经历过一次瓶颈效应。

谷歌又挨罚:累计上百亿罚单背后的一场暗斗

垄断引发的巨额罚单在开出1.5亿欧元的罚单后,该部门要求谷歌说明平台细则以及相关运营规则,并且对于部分广告商账户被停用应给出合理解释。对此,谷歌发言人日前表示:公司将对这一决定提出上诉。然而,相关分析人士认为谷歌所制定的广告规则未能达到这一标准。欧盟反垄断机构指出,谷歌利用搜索引擎将消费者导向自己的购物平台,来保护自己免受市场竞争的压力。这是违反欧盟反垄断规定的非法行为,谷歌必须停止这一行为。

有些物种在演化的历史上可能会经历种群数量的骤然减少,之后又在短时间内恢复到与骤变之前相当的水平,这就是所谓的瓶颈效应。虽然从数量上看前后并没有变化,但从遗传学的角度看,这种骤变会让种群丢失掉大部分的多态性,数量上是恢复了,但有效种群仍然处于非常小的水平,恢复的过程还有可能累积一些有害的突变。

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瓶颈效应的一种简单示意,多样性丢失

比如以“被人类吃灭绝”闻名的旅鸽,曾经的种群数量多达50亿只,但研究发现它们的有效种群量仅有33万只,这种在遗传学上的同质化可能是导致它们灭绝的深层次原因。科学家推测旅鸽在2万年前的冰期中遭受了严重的打击,随后种群数量迅速恢复。

与旅鸽类似,北极熊的瓶颈效应期在约31.9万年至14.8万年前期间出现,种群数量从最初的20000头左右骤减至5000头。而31.9万年前正是40万年内最热的时候,整个瓶颈期包括3次这样的高温期,可想而知气候变暖给北极熊的生存带来了近乎毁灭性的打击,而隔壁棕熊老哥的种群数量在同时期内并没有明显的变化。

最早在约5万年前,北极熊的数量才开始恢复,发生了指数型增长,巅峰时期达到6.8万头的数量。那么,北极熊到底在这三次气候变暖中到底经历了什么?

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说出来你可能不信,这近20万年期间,北极熊频繁与棕熊发生出轨事件,既有公北极熊出轨母棕熊,也有公棕熊抢母北极熊。

不过相对而言,公北极熊出轨母棕熊居多,生下来的混血宝宝因为由母棕熊抚养,也就留在棕熊的种群内。北极熊和棕熊的基因渗入研究表明,两者之间的基因交流在北极熊与棕熊分开的早期就已经出现,并且基因的流动有偏向性,以北极熊向棕熊渗入为主,基因交流发生在北极熊有效种群减少的期间。

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在北极熊种群中,可交配的母北极熊比较稀缺,除去已经怀孕和正在哺育的母熊就已经没剩多少了,更惨的是年轻的公熊通常很难在交配竞争中胜出。雄性北极熊一般在6岁左右就已经性成熟,但是它们通常到8岁才能繁殖,有些到10岁了仍然是头处熊。

可以想象,在气候变暖的时期,棕熊的活动范围向北扩张,与北极熊的活动范围发生了重叠。对找不到对象的公北极熊来说这就是天上掉下的馅饼,而且公北极熊的体型天然碾压公棕熊,抢走棕熊的老婆也是轻而易举的事,很容易理解两者的基因交流更倾向于从北极熊到棕熊。

不过,这种基因交流对北极熊的种群恢复并没有什么帮助,更像是北极熊自知情况危急,把几条祖传的DNA留给棕熊传下去,当然这只是玩笑话。经过缠绵近20万年的基因交流之后,在大约5万年前,不知道什么原因北极熊和棕熊的种群数量都呈指数型增长,北极熊不仅挺过了3次温暖的间冰期,还一举达到了历史巅峰。

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今天北极熊也正在经历从前类似的危机,浮冰减少,捕猎变得越来越困难,有些北极熊甚至留在陆地寻找新的食物种类。它们开始食用搁浅的鲸,掏鸟蛋,甚至吃果实,一些习性也变得与棕熊相似。例如多头北极熊会聚集在一起分食尸体的腐肉,在浮冰捕猎的北极熊几乎都是独行侠,棕熊倒是经常干这种事。

于此同时,基因交流也开始出现,近几年有很多混血熊的目击报告,甚至还出现了四分之一混北极熊血统的混二代,在基因交流中棕熊更加强势。有观点认为北极熊最终可能会被整合到棕熊当中,就像尼安德特人之于智人一样。

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然而,北极熊会不会因为气候变暖而灭绝还是未知数,但以目前的种群情况来看,并不一定悲观。

上个世纪50年代,北极熊的种群数量再次跌至5000头左右,主要原因是人类的捕猎。之后各国都开始严格管制商业捕猎,北极熊种群恢复迅速,到1984年总数达到25000头,到2005年数量稳定中略有下降。

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各时期北极熊数量估计

当时的研究表明,从1984年到2004年,加拿大北部丘吉尔地区的北极熊从原来的1194头下降到了935头,研究者估计,以这个趋势,到2011年数量将会下降到676头,情况非常不乐观。然而2011年的数据显示,丘吉尔地区种群的数量已经达到了1013头,几乎是预计数量的两倍之多。

根据2019年自然保护联盟北极熊专家小组的统计,全球一共19个北极熊种群,其中有4个种群的数量正在减少,2个种群的数量正在增加,4个种群的数量趋于稳定,其余的种群缺乏数据,总的种群数量估计在22000至31000之间。北极熊的生命力并没有想象中的那么脆弱。

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19个北极熊种群分布于现状

不可否认,北极熊目前的确面临威胁,但这种大萌物本来就与气候变化相伴相生,它的诞生始于气候变暖,它的发展与进化也伴随着气候变冷,可以说气候变化是北极熊一定要面对的挑战,只是这一次变暖来的比之前要更加迅猛,结果还无法预估。

最坏的结果可能是北极熊与棕熊在“换妻”和“换夫”过程中发生了融合,不再有白熊在冰面上捕猎海豹,只是它们的祖传基因还在棕熊的体内流传。这就像重回50万年前,可历史或许不会重演。当然我们更希望北极熊和棕熊两兄弟只是短暂地碰碰面,之后还是独立发展,但生物进化的事谁能说得准呢?

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我们不希望北极熊灭绝,也不希望气候有异常的变化,可是没必要用对北极熊以偏概全的宣传来实现某些目的。难道北极熊这种生物界的奇迹只有濒临灭绝了,才值得我们关注和保护吗?或者难道只有气候变化危及到动物的生存了,才值得我们担忧和警觉吗?

濒危或无危,不应该影响我们对气候的关注。变暖或变冷,也不应该左右我们对物种的保护。

参考资料

刘石平. 北极熊比较基因组学和群体遗传学的研究[D].华南理工大学,2015.

向薛雁,易坚.群体基因组学解密北极熊起源和适应性演化[J].科学,2015,67(04):24-28+4.

Zac Unger. The truth about polar bears. Canadian Geographic, December 1,2012.

Elizabeth Pennisi. Polar Bear Evolution Was Fast and Furious. Science, May. 8,2014 ,12:00 PM.

How has climate changed since the beginning of the Quaternary period? Internet Geography.

Astrid Schmidt. Ancient Forests and Climate in Greenland. Wilderness Inspire, JULY 1,2014.

Adam Popescu. Love in the time of climate change: Grizzlies and polar bears are now mating. The Washington Post, May 23, 2016 at 8:00 p.m. GMT+8.

Jon Miltimore. The Myth That the Polar Bear Population Is Declining. Foundation for Economic Education, Monday, September 9,2019.

POLAR BEAR POPULATION. WWF.

本文来自微信公众号:SME科技故事(ID:SMELab),作者:SME

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