那些适应极端环境的生物：谁才是地球更好的朋友

【编者按】

自然会以人类的意志为转移吗？在《未来自然史：掌控人类命运的自然法则》一书中，作者生态学家罗布·邓恩认为不会。他从生物进化角度剖析人类的发展及未来，阐述哺乳动物、爬行动物、微生物等物种的进化趋势及植物的衍变，结论是：人们尽了最大的努力来控制自然，但生命有其自己的运行规则。在书的开头，邓恩幽默地把这本书“献给我计划周详的父亲”。本文摘自《未来自然史：掌控人类命运的自然法则》（李蕾 / 张玉亮译，新星出版社2024年1月版）第十一章“自然未尽于此”。在极端严酷的自然条件下，存在着大量人类无法充分了解和研究的生物——它们在酷热、有毒的环境中有自己的生存之道。也许在未来，这些生物才是地球更好的朋友。

《未来自然史：掌控人类命运的自然法则》书封

当第一批猴子大小的古人类开始进化时，地球环境中的氧气水平基本上和现在一致。二氧化碳含量和温度都略高，这有利于早期的古人类生存。大约190万年前，当直立人开始进化时，氧气和二氧化碳的浓度以及温度基本上和现在一致，不过更凉爽些，这恰好也是适合现代人类居住的环境。这不是巧合。人体的大部分特征，从耐热能力、排汗能力，到呼吸能力，都是在这个时期进化而来的。换句话说，人类的谱系，就像许多现代物种谱系一样，在过去190万年间随着地球生态环境的变化发生了进化，而这些环境在地球的漫长历史中十分罕见。

人类在这难得一遇的环境条件下完成了进化，却误认为这种环境再正常不过了。我们总是对人体对地球环境的适应性感到理所当然，但事实是，（人类活动导致的）全球变暖现象越严重，人体就越无法适应我们周围的环境。我们越是改变世界，现实世界就越是脱离人类生态位。另外，过去通过进化来适应温度、气候和其他环境条件的物种，不再为了生存继续进化，而是寻找零星的宜居环境。即使人类的种种行为导致地球变暖，人类为满足自身发展需要而大肆污染环境，这些物种依然可能在这种条件下生存下来，甚至在某些情况下茁壮成长。

许多古老的物种谱系依赖的生存环境在人类看来似乎不可能有生命存在。一些细菌生活在海底火山喷口的高压环境下，从火山中心喷发的热气中获取能量。它们已经在那里生活了数十亿年。其中有一种细菌叫热液口火裂片菌，是地球上最耐热的细菌，可以承受高达112°C（235°F）的温度。这种细菌一旦浮出水面就会死亡，因为它们无法承受空气中的压力，不能受阳光照射，不能接触氧气，而且不耐寒。其他细菌有的存活在盐晶中，有的存活于云层里，有的则藏身于地下一英里处的石油中。有一种叫耐辐射奇球菌的细菌生活在辐射强度足以削薄玻璃结构的环境中。“二战”期间投在广岛和长崎的原子弹含有1000拉德辐射，1000拉德的辐射足以杀死人类，而耐辐射奇球菌却可以承受近200万拉德辐射。由于人类对地球的破坏而造成的几乎所有（也许是所有）的极端环境和过去的某些环境有些相近，这种环境对某些物种的生存繁衍极为有利。对这些物种而言，令人心生恐惧的未来世界却是它们理想的生存天堂，假如这种变化使地球环境回到了原始时期的状态，它们的日子则会过得更顺风顺水。

然而，我们对大多数适应在这些复现的原始环境下生存的物种知之甚少。生态学家只研究过个别物种。正如我在本书开头所指出的，生态学家的研究重点过多地放在了像人类这样体形大、眼睛大的哺乳动物和鸟类身上，其中许多物种都受到环境变化的威胁，而这些变化都是由人类的破坏行为引起的。他们还在关注正在衰退的生态系统和正在消失的物种，而不是可能发展变化的生态系统和不断进化的物种。生态学家喜欢研究热带雨林、古老的草原和岛屿，不喜欢在有毒的垃圾场和核场址工作，哪怕垃圾场和核场址距离我们更近、研究难度更小。可谁又能责怪他们呢？同时，地球上环境最极端的沙漠，偏远又荒凉，更像是一个人的流放地，而不是学校下课后一群人蜂拥而至的热闹之所。这些地方也是研究空白。结果是，我们往往对一些发展最迅速的生态系统的生态状况视而不见，对未来可能出现的极端情况视而不见。在这一点上，就连我本人也不例外。

我意识到这种认知差距的契机在几年前，当时我在研究气候变化背景下大肆繁衍的蚂蚁的数量和种类。我们使用的研究工具是一个简单的图表——惠特克生物群系图。生态学家罗伯特·惠特克有绘制温度与降水量图表的习惯（他似乎是从原德籍、现德裔美籍的生态学家赫尔穆特·利斯那里学来的）。他发现这两个变量本身就足以描述地球上大部分生物群落的特征：湿热的是雨林，干热的是沙漠，诸如此类。气候与地球上主要的生物群落之间的这种关系十分坚韧和稳定，因此生态学家约翰·劳顿将其称为“生态学最有用的普遍性”之一。

几年前，内特·桑德斯（现任密歇根大学教授）和我牵头与来自世界各地的数十名研究蚂蚁的生物学家通力合作，汇总了我们可以找到的所有关于蚂蚁群落的系统性研究。然后，我们和同事克林顿·詹金斯一起为这些进行研究的地点绘制了温度和降水量图。每个点都凝聚了一个蚂蚁生物学家数百小时的工作，这些数据点都来之不易。然而，当我们查看与地球上的气候相关的数据点时，我们发现研究还是有所遗漏。

生物学家选择进行蚂蚁研究的地方与当地的气候条件有关。一些极寒环境尚未有人研究，部分原因是其中许多地方没有蚂蚁——没人会在没有蚂蚁出没的地方研究蚂蚁；最热的森林和沙漠也鲜有人涉足。并不是说我们从未研究过这些地区，只是我们对这些地方的了解还十分有限。不止在蚂蚁这一领域是如此，我们几乎能确定，在鸟类、哺乳动物、植物和大多数其他生物群落等领域都存在这种研究空白。如果我们把筛选条件换成其他参数，例如温度和降水的变化或环境的化学特性（例如pH值或盐度），我们可能会发现极端环境下的研究也缺乏相关数据。一般来说，从人类的角度来看，环境越极端，生活在这些环境中的蚂蚁获得人们关注的可能性就越小。

人们或许认为蚂蚁生物学家没有去极端炎热的沙漠里研究蚂蚁群落是因为那里没有蚂蚁（极寒地区也可以用这个理由）。可事实并非如此。多亏了那一小部分不畏酷热的蚂蚁生物学家比如我的朋友西姆·塞尔达，我们才对一些蚁种有所了解，例如箭蚁可以吸收热量。事实上，箭蚁比任何动物都更耐热。它们生活在世界上最热的沙漠里，还能在一天中最热的时候外出觅食。箭蚁可以在高达55°C（131°F）的温度下存活。正如昆虫学家吕迪格·韦纳所说，它们是“热爱高温、寻求高温的酷热斗士”。天气炎热时它们会收集花瓣，舔舐植物茎中的糖分，还会收集其他死于热应激的动物的尸体。

沙漠中的箭蚁

极端生境中的箭蚁种类丰富。地球上有至少一百种箭蚁，它们各不相同，但都嗜热。它们已经进化出许多适应能力以应对高温：它们长着长长的腿，能够在沙地上停留和快速奔跑；它们拥有灵活的锤腹（腹部），可以支撑身子远离沙地；它们的身体里不断产生热休克蛋白保护它们的细胞，尤其使它们的酶不受高温破坏。此外，最耐热的箭蚁是撒哈拉银蚁，它们身上覆盖着一层紧密的棱柱状毛发，可以反射几乎所有落在身上的可见光和红外光，如同一件刀枪不入的盔甲。这层盔甲不仅可以防止它们体温过高，还可以帮它们通过热辐射散发多余热量。

研究撒哈拉银蚁的一大挑战是，它们喜欢出没的地方温度极高，对其他动物，包括人类来说都很危险。西姆·塞尔达在所有他能找到的撒哈拉银蚁出没的地方研究这些蚂蚁，包括西班牙最热的地区、以色列的内盖夫沙漠、土耳其干燥的安纳托利亚大草原和非洲北部的撒哈拉沙漠。他作研究时必须带足水。但这还不够，他有时还会把自己埋在沙子里降温。即便如此，蚂蚁精力充沛，生机勃勃，而他却常常萎靡不振，力不从心。正如西姆自己所说，这是因为他年纪大了，再者他是人类，不像蚂蚁那么耐高温。这就为惠特克生物群系图中与高温相对应的部分没有太多数据点找到了一个合理的解释：人类在那些地方很难开展科学研究。

有些地区的箭蚁从未被人研究过，其中一个地区便是埃塞俄比亚阿法尔三角洲北部的达纳基尔沙漠，地处厄立特里亚和吉布提的边界。阿法尔三角洲位于努比亚板块、索马里板块和阿拉伯板块三个大陆板块的交会处。这些板块在此处不断分裂运动，每年大约移动两厘米。阿法尔三角洲是一个充满神奇变化的地方。这里曾经生机盎然，有着美丽的草原，长满无花果树；河流中有游荡的河马和巨大的鲇鱼；在山林间，大鬣狗追逐着野猪、羚羊和角马。那里过去就和如今的塞伦盖蒂平原一样广袤丰饶，有着丰富的物种资源和自然奇观。440万年前，远古人类地猿始祖种生活在阿法尔三角洲。三四百万年前，著名的古人类露西所属的南方古猿也曾在此处定居。之后，直立人在这里制造石器，狩猎，甚至做饭。早在15.6万年前，我们的直系祖先智人就曾在该地现身。在这几千年中，该地区的自然条件完全符合古代人类和现代人类的生态位标准。后来干旱降临，这里就一直保持着干旱的状态。

现如今，达纳基尔沙漠几乎没有永久居民。在潮湿的季节，远方的牧民来此放牧，然后再去往他处，人类很难在达纳基尔定居。对于欧洲探险家来说，想要穿越该地区，其难度不亚于在南极洲旅行，二者对于人类来说都是极限挑战。在一部编年史中有关于穿越沙漠的描述，那是一段极其艰辛的旅程，在此期间“有10头骆驼和3头骡子死于口渴、饥饿和疲劳”。未来可能会有更多地方变成这样。然而，尽管我们的祖先曾经以阿法尔三角洲为家，古人类学家花费了大量时间挖掘他们的骨骼，寻找他们的踪迹，但我们对该地区现代的生态状况却知之甚少。最近似乎没有人对那里的动物多样性进行过调查，甚至没有人对已知生活在那里的蚁种进行任何详细的研究。在该地区动物研究中，大多数研究对象都是古老的、已灭绝的脊椎动物，而且这些研究是基于化石中的骨骼进行的。这实在是不应该，因为该地区的现状，尤其是达纳基尔沙漠的现状，与未来许多沙漠的预期状态最为相似。这片沙漠异常炎热，异常干燥，偶尔还会遭遇洪水，且洪水来临前毫无征兆。几乎可以肯定，这里现在是箭蚁的领地了。但还没有人研究过这些箭蚁，它们继承了这片人类祖先曾经的沃土。也许有一天，西姆会去那里研究蚂蚁，也许不会，谁又说得准呢。

研究箭蚁遍布的达纳基尔沙漠的沙石为我们提供了一个独特的视角，得以窥探未来世界常见的恶劣气候，但是我们还没有好好利用这个机会。不过这里并不是该地区最极端的生境。人们在达纳基尔沙漠一个最热、最干燥的地方发现了达洛尔——一个地热区，那里到处是温泉。温泉出现在海水渗入地下处与岩浆喷发处相接的地方。海水上升到地表形成了类似于黄石国家公园的温泉。水到达地表时接近100°C（212°F），含盐量也很高。有些地方的温泉可能含硫，或既含硫又是酸性的，这取决于泉水穿过的岩层的性质。在某些地方，温泉水的pH值为0，这样的强酸性在地球上其他地方都很罕见。更重要的是，温泉周围的空气中二氧化碳含量很高，甚至会导致它们附近的动物死亡。人们有时在温泉周围会发现鸟类和蜥蜴的尸骨，它们要么是吸入了二氧化碳，窒息而死，要么误以为它是绿洲中的甘泉，饮用后死于强酸腐蚀。在某些地方，空气中还含有可能致命的高浓度的氯。温泉下的土地和它周边的土地是绿色、黄色和白色的，看起来很危险，闻起来也很危险。比起这些温泉，周围的沙漠，世界上最热的沙漠都显得没那么可怕了。然而，温泉并非对所有物种都充满敌意。实际上温泉在生活中到处可见。

西班牙天体生物学中心的费利佩·戈麦斯和他的同事，发现了大约十几种属于乌斯发现的生命谱系的太古生物，这里高温、酸性高、盐度高的温泉反而利于它们生长和生存。由这十几个物种进化出的物种加起来比地球上所有脊椎动物的总和还要多。这些种类丰富的单细胞生物可能是地球上最极端的生命形式。它们在地球上少见的极端环境条件下繁衍生息。戈麦斯研究这些物种，一部分原因是想要了解太阳系其他天体上可能存在的生命形式，例如火星或木星的第二颗卫星木卫二。达洛尔温泉中的微生物可能会被风吹到平流层甚至更远的地方，还能活下来，它们也可能会被火星探测器无意中带到了火星。（没准儿它们已经是火星居民了。）或者我们能够利用它们帮助我们在火星或其他地方定居。但这些微生物也可以作为一个标准，用来推测在（人类行为无意中导致的）最恶劣的地球自然条件下生命体的样子。这些太古生物静静地等待着人类让地球温度不断升高，不断加重土壤盐碱化，甚至提高环境的酸碱度，这样，它们才能够茁壮成长，成为地球更友好的朋友。