馮偉民

根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的最新報(bào)告，19世紀(jì)中葉以來，地球表面平均氣溫升高約1.1℃，海平面上升約20厘米。這些看似微小的數(shù)字變化，已對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。在嚴(yán)峻的自然選擇壓力下，生物界開始通過自身演化應(yīng)對(duì)這一生存挑戰(zhàn)。探究氣候變化對(duì)生物多樣性的影響意義重大。

地球生命誕生至今，演化始終是生命的主旋律。在地球演化的不同階段，無論是海陸變遷、滄海桑田，還是火山噴發(fā)、氣候驟變，生命演化無不對(duì)這些生存環(huán)境的巨變表現(xiàn)出獨(dú)特的響應(yīng)，由此產(chǎn)生許多令人難以置信的演化現(xiàn)象。這些精彩而神奇的生存之道，對(duì)我們認(rèn)知自然演變和生命進(jìn)化，理解當(dāng)今地球生物多樣性的演變，提供了重要的借鑒和警示。

近代以來，對(duì)人類生活與生產(chǎn)活動(dòng)影響最大的自然因素莫過于氣候變暖。從陸地、森林到海洋，處于不同地理環(huán)境下的生物都在為適應(yīng)氣候變暖而努力，彰顯出演化法則的強(qiáng)大力量。

生命大爆發(fā)與生物大滅絕，氣候變暖都是主要推手

在地球46億年的漫長演化過程中，從炙熱的巖漿海到海洋覆蓋于地球表面，從無氧大氣環(huán)境到有氧大氣環(huán)境，無論是板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主導(dǎo)的地球海陸變化，還是地幔巖漿活動(dòng)引發(fā)的大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)，都對(duì)地球氣候系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

從地球有生命開始，大氣二氧化碳含量一直處于波動(dòng)之中，如今的大氣二氧化碳含量在地球歷史上處于中低水平。地質(zhì)古生物研究顯示，地球絕大部分時(shí)間內(nèi)都屬于“溫室氣候”，南北兩極都沒有常年的冰蓋。也就是說，一般情況下的地球溫度比現(xiàn)代高很多。

4億多年前，海洋生物首次踏上陸地，彼時(shí)大氣中二氧化碳濃度高達(dá)7000ppm。那時(shí)的地球環(huán)境跟現(xiàn)在完全不同，地表平均溫度比現(xiàn)在高出10℃。距今3.8億至3億年前，隨著陸地森林的擴(kuò)張蔓延，大型植物繁盛，植物的根系深入地下并加速風(fēng)化過程，把大氣中的二氧化碳捕獲存儲(chǔ)進(jìn)了石灰?guī)r等巖石中。這最終在距今3億年前引發(fā)了二氧化碳含量的大幅度下降，導(dǎo)致冰川時(shí)代的降臨。距今3億至2.5億年前，地殼板塊運(yùn)動(dòng)劇烈，火山活動(dòng)頻繁，再次將大量二氧化碳釋放入大氣，使其在空氣中的濃度從400ppm猛增到1800ppm。此后，二氧化碳含量再次緩慢下降。

到了300萬年前，大氣中二氧化碳濃度和今天的濃度差不多，約為400ppm。自此之后，二氧化碳濃度呈緩慢下降趨勢。在第一次工業(yè)革命爆發(fā)前的1萬年內(nèi)，二氧化碳濃度維持在280ppm左右。工業(yè)革命之后，二氧化碳濃度再次開始上升，尤其是最近100年增速飛快，2020年大氣中二氧化碳濃度已高達(dá)412.48ppm。

在地球生命史上，幾次重大的生物進(jìn)化事件都與氣候溫暖密切關(guān)聯(lián)。距今5億多年前的寒武紀(jì)，尤其是奧陶紀(jì)，由于氣候溫暖、海侵廣泛，接連發(fā)生了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)和奧陶紀(jì)生命大輻射，這些事件一舉奠定了顯生宙生物多樣性演化格局。

中生代氣候總體處于溫暖狀態(tài)，全球通常只有熱帶、亞熱帶和溫帶的差異。當(dāng)時(shí)爬行動(dòng)物繁盛，在三疊紀(jì)實(shí)現(xiàn)了海陸空全面演化，陸地恐龍、海里魚龍、天空翼龍成就了生命史上巨龍演化的宏偉場景。有研究表明，在距今約9000萬年前的白堊紀(jì)中期，當(dāng)時(shí)大氣中二氧化碳的濃度達(dá)到1000ppm，氣溫比現(xiàn)在平均高出6℃。

新生代早期的地球也比現(xiàn)在要熱很多。距今5600萬前的“古新世—始新世之交極熱事件”時(shí)期，大氣中二氧化碳的濃度達(dá)到約900ppm，氣溫在幾千年內(nèi)升高4℃～5℃，南北兩極都缺少常年冰蓋。恰是在那個(gè)時(shí)候，哺乳動(dòng)物也迎來演化的高光時(shí)刻，鯨魚下海遨游、蝙蝠上天飛翔、陸上哺乳動(dòng)物稱王，大型哺乳動(dòng)物開始出現(xiàn)。

過去80萬年來，大氣二氧化碳的濃度基本上在180ppm～280ppm之間變化。也就是說，白堊紀(jì)中期二氧化碳的濃度比現(xiàn)代高了差不多3倍，地表平均溫度超過30℃，高出現(xiàn)在十幾攝氏度。

溫室效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致地球氣溫升高和氣候變暖。這種氣候變化對(duì)生物產(chǎn)生進(jìn)化壓力，促使其適應(yīng)新的環(huán)境。一些生物可能需要調(diào)整生活策略和行為，以便在更高的溫度和濕度下生存和繁殖。

氣候變暖對(duì)生物演化也曾帶來致命摧殘。例如，距今2.52億年前，地球發(fā)生了有史以來規(guī)模最大的二疊紀(jì)末生物大滅絕事件。該事件的起因固然有諸多復(fù)雜因素，但很大的因素是西伯利亞火山大噴發(fā)帶來氣候的極端變化——大量二氧化碳?xì)怏w溶于海洋，造成海水酸化，有毒氣體泛起，導(dǎo)致海洋生態(tài)系統(tǒng)崩潰，絕大多數(shù)海洋物種因此滅絕。這樣的有毒環(huán)境又“反噬”陸地，使得本已岌岌可危的陸地生態(tài)系統(tǒng)也趨于崩潰。

白堊紀(jì)末生物大滅絕的起因則是印度德干高原的火山噴發(fā)導(dǎo)致全球環(huán)境急劇惡化，此后的小行星撞擊地球只是壓垮駱駝的最后一根稻草。

氣候變化威脅物種生存，生物滅絕加劇全球變暖

近代以來，氣候變暖再次引發(fā)一系列生態(tài)危機(jī)。人類掀起的工業(yè)化浪潮在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)巨大飛躍的同時(shí)，也帶來了空氣污染、氣候變暖和生物多樣性下降等“副產(chǎn)品”。2022年3月，美國科學(xué)家對(duì)物種DNA進(jìn)化圖譜進(jìn)行建模分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前物種滅絕速度比人類進(jìn)入歷史舞臺(tái)前快了1000倍。與此同時(shí)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物多樣性也在影響氣候變化。

溫室效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致地球氣溫升高和氣候變暖。這種氣候變化對(duì)生物產(chǎn)生進(jìn)化壓力，促使其適應(yīng)新的環(huán)境。一些生物可能需要調(diào)整生活策略和行為，以便在更高的溫度和濕度下生存和繁殖。

溫室效應(yīng)會(huì)對(duì)植物生長產(chǎn)生很大影響。植物對(duì)環(huán)境溫度極為敏感，所以不同海拔地區(qū)有不同的植物生長，形成了天然的垂直自然帶。由于不同海拔地區(qū)的溫度都在升高，各種植物生長的最適宜溫度所對(duì)應(yīng)的海拔也隨之升高。對(duì)于幾年一開花、幾年一播種，或者只在低海拔地區(qū)播種的植物而言，其結(jié)局就是走向滅絕。

全球變暖驅(qū)使物種向“溫涼”地帶遷移。寒帶地區(qū)生物的生境將遭破壞，一些脆弱的生態(tài)系統(tǒng)會(huì)逐步退化和消失。2020年，英國《衛(wèi)報(bào)》報(bào)道稱，幾乎一半的植物依靠動(dòng)物傳播種子；科學(xué)家擔(dān)心，當(dāng)動(dòng)物被迫遷徙到較涼爽的地區(qū)，一些植物或面臨滅絕危險(xiǎn)，因?yàn)橹参锖茈y跟隨動(dòng)物一起遷徙。

我國學(xué)者近來在《自然·通訊》上發(fā)文稱，由于地球溫室效應(yīng)，北極陸地植被在過去幾十年間發(fā)生了前所未有的變化，原本非常低矮的苔原植被隨著當(dāng)?shù)刈兣介L越高。而且不僅原有植物在長高，入侵來的也有不少“高個(gè)子”新植物。植被高度的增加不只發(fā)生在北極少數(shù)幾個(gè)地方，而是遍及苔原地區(qū)。如果較高的植物繼續(xù)以目前的速度增加，那么到本世紀(jì)末，當(dāng)?shù)刂参锶郝涞母叨瓤赡軙?huì)增加20%至60%。

2019年發(fā)表在《自然·通訊》上的一篇論文發(fā)現(xiàn)，目前氣候變化速度快于動(dòng)物的適應(yīng)能力。德國萊布尼茨動(dòng)物園的野生動(dòng)物研究人員發(fā)現(xiàn)：面對(duì)氣候變化，動(dòng)物們通常會(huì)調(diào)整自己的冬眠、繁殖和遷徙等行為，以更好地適應(yīng)氣候環(huán)境變化，求得自身和種群生存。一小部分鳥類，如大山雀、斑姬鹟、喜鵲等已經(jīng)能較好地適應(yīng)氣候變化了，但仍有相當(dāng)多動(dòng)物的自我調(diào)節(jié)和反應(yīng)速度，還不足以讓它們很好地應(yīng)對(duì)快速上升的氣溫和劇烈變化的氣候。氣候變化將直接威脅這些物種的生存，并加速部分瀕危物種走向滅絕。

另外，氣溫升高將提高部分病原體的生長率和存活率，加速有害病菌的傳播，增加病蟲害的世代，從而對(duì)生物多樣性產(chǎn)生影響。

氣候變化對(duì)物種的種群結(jié)構(gòu)、種群大小和地理分布范圍都會(huì)產(chǎn)生影響。某些物種可能會(huì)面臨滅絕風(fēng)險(xiǎn)，而其他物種則可能會(huì)遷移或適應(yīng)新環(huán)境。這可能導(dǎo)致物種的分布范圍擴(kuò)大或縮小，或者引入新的競爭對(duì)手，從而塑造生物群落新的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)。

氣候變暖嚴(yán)重威脅生物多樣性，生物多樣性的喪失也會(huì)加劇氣候變暖。植物光合作用對(duì)維持大氣碳氧平衡意義重大，當(dāng)綠色植被遭破壞后，氣候變暖就會(huì)進(jìn)一步加劇。

2021年，《自然》發(fā)文稱，亞馬孫熱帶雨林中每年因人為山火燃燒產(chǎn)生的二氧化碳約為16億噸，而雨林中健康樹木每年只能吸收5億噸二氧化碳，亞馬孫雨林早已不再是碳匯，而是碳源。同年發(fā)布的《全球紅樹林狀況》報(bào)告顯示，近40年來，全球的紅樹林規(guī)模消退了35%，其消失速度甚至超過熱帶雨林。這也意味著紅樹林吸碳固碳、抵抗氣候變化的能力在不斷減弱。

2019年發(fā)表在《自然·科學(xué)報(bào)告》上的另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，熱帶地區(qū)以水果為食的動(dòng)物數(shù)量在減少，這會(huì)影響森林儲(chǔ)碳量?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，原始森林中絕大部分樹木都依靠長臂猿、獼猴、黑鹿、犀鳥、熊和亞洲象等以水果為食的動(dòng)物來傳播種子，以實(shí)現(xiàn)種群繁衍。當(dāng)靈長類動(dòng)物消失后，地球植被碳儲(chǔ)量將減少2.4%。

熱帶雨林中50%的植物果實(shí)都被哺乳動(dòng)物和鳥類取食，60%至94%的木本植物要依靠食果動(dòng)物來傳播種子、繁衍后代。而當(dāng)影響樹木、植被繁衍的動(dòng)物們因氣候變暖遷徙或消失后，全球范圍內(nèi)植物適應(yīng)氣候變化的能力將下降60%，植物的捕碳、儲(chǔ)碳能力也會(huì)大幅下降。

溫室效應(yīng)所引起的氣候變化通常發(fā)生在相對(duì)較長的時(shí)間尺度上，而生物界需要更長時(shí)間的演化才能適應(yīng)。在當(dāng)前人為加速的氣候變化背景下，一些物種可能無法適應(yīng)變化的速度，面臨滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。

控制全球變暖程度，有望減少七成物種滅絕

應(yīng)對(duì)氣候變化和保護(hù)生物多樣性是當(dāng)今全球兩大熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，事關(guān)人類可持續(xù)發(fā)展。因此，探究氣候變化對(duì)生物多樣性的影響意義重大。

英國科學(xué)家認(rèn)為，如果氣候變暖達(dá)到一定程度，就可以預(yù)測某些動(dòng)物群將會(huì)如何演化。但同時(shí)，我們既需要探究溫室效應(yīng)所引起的長周期氣候變化，也需要探究短期極熱和極端環(huán)境事件對(duì)物種的生存影響。

溫室效應(yīng)所引起的氣候變化通常發(fā)生在相對(duì)較長的時(shí)間尺度上，而生物界需要更長時(shí)間的演化才能適應(yīng)。在當(dāng)前人為加速的氣候變化背景下，一些物種可能無法適應(yīng)變化的速度，面臨滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。

通過研究多種影響氣候變化的因素及現(xiàn)有氣候變化數(shù)據(jù)，科學(xué)家提出了一個(gè)重要認(rèn)識(shí)：如果能將全球氣候升溫控制在2℃內(nèi)，即便在溫室氣體持續(xù)排放的情況下，也有望減少70%以上的物種滅絕。

針對(duì)海洋熱浪極短期暖化事件，《自然·通訊》近來發(fā)表了一項(xiàng)研究。研究者對(duì)太平洋東北部近期的4次熱浪對(duì)鯊魚、鯨魚、海豹、海龜?shù)?4種頂級(jí)捕食者分布的影響進(jìn)行了建模，發(fā)現(xiàn)這些捕食者對(duì)海洋熱浪的反應(yīng)各不相同，這或有助于開發(fā)工具，以實(shí)時(shí)預(yù)測海洋捕食者的分布。

一般而言，生物多樣性越豐富的生態(tài)系統(tǒng)在面對(duì)氣候變化時(shí)的自我恢復(fù)能力更強(qiáng)。近期《自然·生態(tài)與演化》上發(fā)表的文章揭示，物種占有率和多樣性與更溫暖和植被更少的城市之間呈顯著的負(fù)相關(guān)性。比如，美國佛羅里達(dá)州的桑福德市比其他氣候相似的城市擁有更多的綠色植被，該市相對(duì)于植被更少的美國亞利桑那州菲尼克斯市，就擁有多樣性更豐富的哺乳動(dòng)物群落。

瑞典隆德大學(xué)最近發(fā)表在《應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)》上的研究表明，微生物能適應(yīng)溫度變化，有應(yīng)對(duì)氣候變暖的能力，可通過在土壤中儲(chǔ)碳來減緩全球變暖。而且，微生物生長對(duì)溫度變化更敏感，這些溫度敏感性的差異對(duì)未來碳損失和儲(chǔ)存的預(yù)測以及土壤如何受到氣候變暖的影響具有重要意義。

因此，人類要解決氣候變化和生物多樣性喪失雙重危機(jī)，必須將應(yīng)對(duì)氣候變化與保護(hù)生物多樣性視為相輔相成的兩個(gè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)氣候變化與保護(hù)生物多樣性的協(xié)同推進(jìn)。只要世界各國同心協(xié)力，積極實(shí)施綠色環(huán)保、減排增匯措施，減緩氣候變化，同時(shí)保護(hù)生物多樣性來適應(yīng)氣候變化，人類將有可能降低氣候變暖帶來的更大威脅。

◎ 來源|文匯報(bào)