實力科普：氣候變暖了 動物卻變小了

回溯到數百萬年前，化石證據表明，當環境溫度升高時，動物的體型會減小。如今，隨著氣候變暖，在魚、蛇、羊、蝴蝶、蠑螈和嚙齒類動物身上都已經發現了這種關聯性。這些變化很有可能會影響食物的供應和全球生態系統。

撰文 | 瑪爾塔·澤拉斯卡（Marta Zaraska）

翻譯 | 劉彬

我們的世界從5600萬年前開始急速變暖——根據古氣候資料顯示，在短短1萬年的時間內（對於地質時期來講不過是彈指一瞬），氣溫的漲幅就高達8℃。現在，美國懷俄明州的一片沼澤地低地中，年均溫度可高達26℃，跟印度尼西亞潮濕的熱帶海岸的年均溫度相似。那裡，一隻土生土長的褐色動物正在奔跑跳躍。它尖耳長腿，非常適於奔跑。這隻小動物大約4千克重，跟小狗差不多大。也許它就是條小型獵犬？不，實際上它是一匹馬。

遠古的馬在全球變暖之前體重能達5.5千克，跟小羚羊體型差不多。但在古新世-始新世這段極熱時期開始後，它們迅速縮水。當時，這種特殊的始祖馬（Sifrhippus）的體型縮小了30%。根據新罕布希爾大學研究動物化石遺骸的環境科學研究生阿比蓋爾·迪安布羅希亞·卡羅爾（Abigail D』Ambrosia Carrol）的說法，即使已經縮小了近三分之一，但還不是故事的結局。根據2017年發布的研究，在5300萬年前的全球變暖時期，馬在許多方面都再次出現縮小。另一種被認為是現代鹿類祖先的哺乳動物，體型也變得更小了。

位於瑞典自然史博物館的始祖馬重建模型。（圖片來源：wikipedia）

動物體型縮小和氣候升溫之間的聯繫不止出現在遠古時期。隨著全球變暖，現生的許多物種體型也在減小。大蟾蜍、海鬣蜥、蛇、烏龜、蠑螈、林鼠、糞蠅、北極地區的蝴蝶、多種北海魚和一種綿羊——這些動物的體型都變得越來越小了。這種現象一度讓科學家們感到困惑，但是，通過多組實驗、野外觀測和對化石的研究，答案似乎越來越明顯。小體積、低耗能的個體在溫暖的環境中具有生存優勢，因此，多代之後，生活在溫度較高地區的動物會逐漸演化，變得更小。

然而，在極端情況下，體型變小可能會導致滅絕，食物網或其他生態系統的進程會被打斷，這會直接影響動物給人類帶來的有利影響。有項研究已經顯示，在未來30年內，世界上多種魚類體型將顯著減小。儘管就減小的程度上，各路觀點尚未能達成統一，但很多科學家都認為，這可能會對食物網造成嚴重的影響。

氣候決定？

帚尾林鼠（bushy tailed wood rat）在體型變化方面留下了大量的數據。這種林鼠排泄的糞便顆粒與它們的體型大小存在顯著的正相關。而糞便顆粒很容易變成化石，所以科學家可以通過沉積物記錄輕鬆地逐年分析它們的體型。1995年，新墨西哥大學和美國地質調查局共同發布了一項研究。他們調查了橫貫25 000年的糞便顆粒數據，最終發現，林鼠體型的大小變化在時間上與氣候溫度的變化趨勢一致。

為什麼會存在這種聯繫？早在19世紀，德國生物學家卡爾·貝格曼（Carl Bergmann）就提出，這可能和調節身體熱量所需的能耗相關。他發現，生活在更高緯度、更冷環境下的溫血動物要比生活在更靠近赤道地區的哺乳動物體型更大，體表面積與體重比則相對更小。比如，兩極地區就不存在類似長頸鹿那種纖細的脖子，或是類似鴕鳥的那種大長腿。貝格曼推測，如果哺乳動物體表面積與體積比變小，就更容易幫它們節約身體的熱量。但是這種觀點並不能解釋在昆蟲、魚類和其他非哺乳動物身上發現的變化。

對多種動物進行實驗後，科學家發現了另一種更完整的解釋：體型上的萎縮可能與動物代謝，以及與之相關的食物需求有關。研究人員發現，如果把多種動物的年輕個體放入更溫暖的環境中，這些動物先會快速生長，然後提早進入成熟期。最終，個體在成熟後的體型要比在涼爽的環境中成長出的小。2012年，英國利物浦大學的演化生物學家安德魯·赫斯特（Andrew Hirst）及其同事發表了一篇涵蓋了169種水生、陸生動物的大型實驗分析，其中就揭示了成熟度和環境溫度之間的關係。他們發現，溫度更高時，90%的動物在達到成熟時體型都會更小。赫斯特表示：「這種現象實在太普遍了。」

成熟時間和新陳代謝緊密相關，而新陳代謝會隨溫度上升而增加。新陳代謝是一種化學反應，澳大利亞詹姆斯·庫克大學的海洋生物學家溫妮莎·梅斯默（Vanessa Messmer）就說，「在溫度較高的環境下，化學反應的速率要大於較低環境溫度下的反應。」她和同事們最近在實驗中研究了不同大小的珊瑚礁魚類的代謝，試圖觀察這個過程是如何隨溫度的變化而發生變化的。2017年發表在《全球變化生物學》（Global Change Biology）的結果顯示：當水溫從28.5℃升高至33℃時，某種魚類的最大代謝率可以增加44倍。實驗還證明，在較高的溫度下，小魚能比大魚更好地調節新陳代謝，這就為小魚帶來了生存優勢。

新陳代謝更快就意味著生物需要更多的食物，如果動物不能獲得新陳代謝所需的營養，就不得不在生長和繁殖之間分配這些稀缺的能量。而選擇繁殖的一方往往能勝出，畢竟這意味著物種的延續。因此，動物會在體型很小的情況下成熟，並進行繁殖。另外，隨著溫度上升，也可能對進食帶來負面影響。當溫度高於15℃至20℃時，阿爾卑斯山羊會感到非常不適，從而減少覓食時間。鳥類會利用大喘氣來散發多餘的熱量，這會加劇進食的難度。澳大利亞國立大學的生物學家珍妮特·加德納（Janet Gardner）解釋說，「你無法有效覓食，保持涼爽付出的能量還可能多於你通過進食實際獲得的能量。此時，體重減輕，身體狀況不佳的成年個體又可能會生下更小的後代。」

在蠑螈這類兩棲動物身上，科學家已經發現體型縮小會一代代地傳遞下去。美國馬里蘭大學帕克分校的環境科學家卡倫·利普斯（Karen Lips）認為，如果阿巴拉契亞山脈的一個地區氣候變暖了，住在那裡的蠑螈覺得更熱了，代謝率也就增加了，它們需要吃更多的東西才能保持平時常見的體型。但是，如果它們在新的氣候條件下得不到足夠的食物，體重就會降低。同時，體型較小的兩棲動物繁衍的後代也更少，或是生下數量類似但體型更小的後代。因此，在更溫暖的環境中，動物的體型或許會隨著時間的推移而縮水，或許會出現種群數量減少。

捕撈也是元兇？

對於某些動物體型「縮水」，至少還存在另一個競爭性的解釋。人類正在捕捉和食用個體偏大的動物。比如，當人類捕走大部分體型較大的魚，很有可能會減少整個種群的基因庫中與大體型相關的基因數量。存活下來並繼續繁殖的動物，它們很可能攜帶著小體型性狀的基因。英國阿伯丁大學的環境科學家艾倫·R·波德龍（Alan R。 Baudron）說：「在捕捉較大體型的魚時，人類能給魚類帶來了演化壓力，迫使它們變得更小。」

然而波德龍指出，這種過度捕撈理論存在漏洞。2014年，他和同事在《全球變化生物學》上發表的論文顯示，從1970年開始（到之後的39年里），北海中的多種魚類，如黑線鱈魚、鯡魚和鰈魚，都變得越來越小。當然，這些物種在不同的地點都遭遇了嚴重的捕撈壓力。黑線鱈魚曾在20世紀70年代到80年代之間被大量捕撈，而鰈魚則是20世紀90年代漁網捕撈的目標之一。然而，體型的變化並沒有反映出與這些特定的時期有關聯。如果過度捕撈特定種群，確實會導致魚體變小，那人們應該可以預期這兩種魚之間存在個體的交叉變化。

然而，兩種物種的體型收縮都與水溫上漲緊密相關。波德龍研究的13種魚類中有9種都遵循這種模式。他說，捕魚可能會在魚類體型縮小種起一定的作用，但它不是主要因素。

全球變暖造成動物體型變小，可能還存在其他原因。這些原因中很多都與能量攝取和使用有關，類似新陳代謝帶來的影響。首先，動物的獵物可能也會變得更小；其次，兩極冬季偏暖可能更有益於體型較小的物種生存；最後，如果幹旱變得越來越普遍，兩棲動物可能會減少自身體積，避免身體乾燥。

綜合各種原因，或許可以更好地解釋為什麼動物物種之間會以不同的速率出現體型變小的現象。不過也有一些例外，美國的一些候鳥就變得比過去更大了。耶魯-新加坡國立大學學院的環境科學家詹尼弗·A·謝里丹（Jennifer A。 Sheridan）表示，對於一些動物來講，它們可能比其他動物更容易找到足夠食物來滿足增加的代謝需要。對於另一些動物來講，目前上升的溫度可能尚不足以驅動新陳代謝發生變化。

然而，迄今為止這種規模的體型「縮水」已經讓很多科學家感到憂慮。2013年發表在《自然·氣候變化》上的一篇論文認為，如果魚類體型縮水的趨勢持續發展，截至2050年，全球各種魚類的最大體重的平均值可能會下降14%~24%。這就意味著，對於不斷增長的人口來講，食物來源變得更少了。

波德龍認為，無論如何，這項研究仍然可以「讓我們了解到問題的嚴重程度」。對於某些物種來講，縮小的體型也可能會導致滅絕。雖然在逐漸變暖的氣候中，體型變小會帶來一定的優勢，但同時也意味著更難在極端天氣下生還。最後，同樣重要的是，如果食肉動物和獵物的體型變化不同步，生態系統的平衡就會遭到破壞。赫斯特表示：「如果有的動物體型縮水太多，而有的體型變化不大，兩者之間就會存在不匹配的情況。」

化石證據確實表明，這種體型上的變化不是單方向的。如果氣溫降低，動物可能能夠再次變大。然而，基於目前對氣候變化的預測，我們人類已經不太可能看到那一天了。

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