「便便」裡面，大有乾坤

圖片來源：《當代生物學》

■記者 唐鳳

荒涼的南極大地讓生命難以出現——除非你靠近海豹和企鵝的糞便。

根據一項新研究，企鵝和海豹聚居地富含氮的糞便使土壤更肥沃，有助於在該地區形成生物多樣性熱點，並且該影響可以延伸到企鵝和海豹棲息地以外1000多米的地方。相關研究5月9日發表於《當代生物學》。

生物多樣性受到氣候變化和其他人類活動的威脅，但為了評估相關影響，人們還需要確定目前地球上物種的分布情況。在許多地區，特別是在遙遠的南極大陸，預測物種丰度和富集模式是困難的。

「主要問題在於如何進入研究點，其中大多數非常荒涼或難以到達，沒有人去那裡。而且，南極洲只有有限的幾個研究站，因此科學家能夠安全工作的地點也很有限。此外，南極陸地植被經常被雪覆蓋，這使科學家很難通過遙感進行量化。」該論文通訊作者、荷蘭阿姆斯特丹自由大學生態科學系的Stef Bokhorst告訴《中國科學報》。

不毛之地 尋氮之旅

作為地球上最冷的大陸，溫度和水在了解南極生物多樣性模式方面受到了特別的重視，而對氮則關注不夠。研究人員表示，鳥類的氮輸入是地球上許多地區的主要營養來源，企鵝和海豹的氮輸入與南極某些地區植物生長和土壤呼吸的增加有關。但一直以來，人們對南極苔蘚和地衣中氮濃度增加對其相關食物網的影響知之甚少。

於是，Bokhorst和同事冒著南極的嚴寒，在動物糞便和成群結隊、吵鬧不休的象海豹、巴布亞企鵝、帽帶企鵝和阿德利企鵝中穿行，研究它們聚居地周圍的土壤和植物。

「我們關注的重點是糞便，因為它是陸地生態系統的主要氮源，我們可以使用氮穩定同位素通過食物網跟蹤氮。」Bokhorst說。

研究人員在南極半島多個研究點進行了取樣。他們分別在受企鵝影響和沒有受影響的地點收集了苔蘚和地衣樣本，並從這些樣本中提取了無脊椎動物，例如跳尾蟲、蟎蟲、線蟲和緩步動物。

「我們發現，海豹和企鵝產生的糞便部分以氨的形式蒸發。」Bokhorst說，「然後，氨會被風捲起並吹到內陸，使其可以進入土壤，為初級生產者提供在這片土地上生存所需的氮。」

事實上，在這一過程中，氨可以使一個面積達聚居地240倍大小的區域變得更加肥沃。這種「施肥」過程會帶來由苔蘚和地衣組成的繁盛群落，這些群落反過來又可以支持數量驚人的小型無脊椎動物的生存。

快來這裡數一數

「在這裡每平方米你可以找到數百萬隻無脊椎動物，但在美國或歐洲的草原上，每平方米只有大約5萬到10萬隻無脊椎動物。」Bokhorst說，「我們坐在實驗室里數了好幾個月，並且還在顯微鏡下對它們進行識別。即使在南極寒冷的氣候中長途跋涉也比這項任務容易一些。」

最終，圍繞著聚居地會形成一個被稱為氮足跡的營養素富集圈。出乎意料的是，作者發現一個聚居地的氮足跡範圍與該地區的寒冷或乾燥程度沒有多大關係，而很大程度取決於現存動物的數量。

「我們現在可以通過企鵝和象海豹，預測南極一些地點的生物多樣性熱點，而這些地方我們無法進行實地調查。」Bokhorst說。

此外，研究結果顯示，海洋和陸地生態系統之間存在著很強的聯繫，並且以企鵝和象海豹作為媒介，表明海洋生態系統中由於氣候變化或漁業活動而發生的任何變化，可能影響陸地生物多樣性格局。

利用這些信息，Bokhorst等人能夠繪製出整個南極半島的生物多樣性熱點地圖。重要的是，利用衛星圖像確定繁殖聚居地的位置和大小就可以很容易地更新這些地圖，從而使未來的研究人員免於艱苦的野外實地考察。

研究人員表示，對於像南極洲這樣的地區來說，這是很重要的一步，因為南極洲巨大的面積、低溫和極度的荒涼讓研究變得極為困難。

人之禍 需重視

研究人員強調，此次觀察到的對現有生物多樣性的主要威脅是氣候變化和人類活動。

南極半島上生機勃勃的無脊椎動物群落長期以來很少有天敵，但是入侵植物物種可能會改變這種情況，這些入侵物種的種子可能從南非和南美洲被風吹來，或者被海鳥和人類帶入該生態系統。

「企鵝和海豹聚居地讓土壤變肥沃對本土植物有利，但同樣，這也有可能使其成為入侵物種的理想選擇。入侵物種可能更頑強，並為蜘蛛和甲蟲等捕食性昆蟲提供庇護所。」Bokhorst說，「當然，現在這個系統生產力還太低，無法支持像老鼠這樣的哺乳動物。」

下一步，研究人員計劃通過研究北極和南極入侵物種的作用解決這些問題。他們的主要目標是確定企鵝和海豹群體的活動是否真的促進了入侵物種的成功生存，以及將來可以採取什麼樣的行動防止入侵物種進入這些未受影響的地區。

「入侵物種的影響是我們未來工作的重點。我們認為，入侵物種在南極企鵝和象海豹排泄的地方可能更容易入侵成功。這是令人擔憂的，因為人類經常訪問企鵝的棲息地，同時可能帶來入侵的植物種子。所以到目前為止，人類是南極入侵物種最有可能的來源。」Bokhorst說。

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