加拉帕戈斯,神奇动物变变变! |
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![]() 加拉帕戈斯 一片远离世界 但又极为精彩的群岛 这里位于东太平洋 距南美大陆近1000公里 岛屿面积不过8000平方公里 不及海南岛的四分之一 却有着无数令人难忘的生命奇景 (加拉帕戈斯群岛属于厄瓜多尔,名称来自西班牙语Islas Galápagos,又称科隆群岛,制图/郑艺@星球研究所) ▼ ![]() 这里是不折不扣的热带地区 但企鹅却在海里欢快畅游 (正在游泳的加岛环企鹅,亦称加拉帕戈斯企鹅。寒流为这里创造了一片凉爽的环境,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 海岸边的鸟儿别具特色 蓝脚鲣鸟在显摆着蓝色大脚掌 (加拉帕戈斯岛上的蓝脚鲣鸟,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 山上的生灵多姿多彩 罕见的粉色鬣蜥在仰头望天 (加拉帕戈斯粉色陆鬣蜥是全世界最罕见的爬行动物之一,估计仅有200余只,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 城镇边的野生动物也毫不怕人 海狮和游人共享一片海滩 (请横屏观看,一位摄影师正在近距离拍摄海狮,后者却仍在旁若无人地酣睡,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 这里更是科学史上的圣地 当26岁的达尔文初次登岛时 他不会想到 这里将启发他提出“进化论” 并成为他“一生所有灵感的来源” (达尔文乘坐的贝格尔号科考船,又译小猎犬号;达尔文在1858年出版的《物种起源》中阐述了“进化论”,又称“演化论”,制图/刘志鹏@星球研究所) ▼ ![]() 在这片群岛上 人类有幸见证万物的演化 一切都在加速变化 以适应变幻莫测的世界 这里唯一的永恒 便是没有永恒 (请横屏观看,多彩的加拉帕戈斯生物,其中加拉帕戈斯象龟由十多个近缘物种组成;制图/张琪月&郑艺@星球研究所) ▼ ![]() 而要探究这一切变化的源头 我们需要先回到46年前 跟随一艘著名的深潜器阿尔文号潜入海底 01 荒岛初生 在加拉帕戈斯附近的一片深海 无尽的冰冷与黑暗充斥着这里 (过去人们认为深海没有阳光,植物无法光合作用,除了少数沉入深海的大型海洋动物遗骸外,无法构建生态系统。非加拉帕戈斯,仅作示意,图片来源@NOAA) ▼ ![]() 下潜到1600余米深处时 海水突然变得有些温暖 当深度达到2000多米时 你会看到一根根十米多高的烟囱拔地而起 它们冒着热腾腾的“黑烟” 周围却是一派生机勃勃的景象 (请滑动查看更多,生机勃勃的海底热液生态系统,以下图片分别是海底烟囱、巨型管虫、巨型贻贝和视力退化的盲虾,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ ![]() ![]() ![]() ![]() 奥秘就藏在大地深处 海水渗入岩石间的缝隙 被岩浆加热后,溶解矿物并喷出 一些微生物利用喷出的化学物质制造养分 其他生物再以微生物为食 由此在没有一缕阳光的海底烟囱周围 形成了一个独特的生态系统 海底热液系统 (海底热液生态系统示意图,和依赖阳光进行光合作用的植物不同,这里的微生物能直接利用硫化物等无机物生存,它们被称为化能自养微生物,制图/刘志鹏@星球研究所) ▼ ![]() 这是人类首次发现不依赖阳光的生态系统 自达尔文的进化论之后 加拉帕戈斯又一次改写了科学史 但大地的野心远不止于此 岩浆早已蠢蠢欲动 它还想闯出海面 创造更大的奇迹 这里临近 太平洋、科科斯、纳斯卡 三大板块的交界处 各种地质作用从未停歇 (加拉帕戈斯板块地图,为方便观看,该图为上西下东方位,制图/郑艺@星球研究所) ▼ ![]() 在纳斯卡板块的下方 有一个隐藏的火山口 地幔深处的熔岩不时从这里喷涌而出 在海水中逐渐凝固 最终形成高大的海底山脉 (海底火山喷发形成岛屿过程示意,目前该海底火山仍处于活跃期,制图/刘志鹏@星球研究所) ▼ ![]() 随着纳斯卡板块不断向东南漂移 一座座海底大山先后形成 而加拉帕戈斯 便是其露出海平面的一个个小山头 (请横屏观看,加拉帕戈斯的火山口,摄影师@徐征泽) ▼ ![]() 初生的岛屿上 熔岩凝固形成的土地一片黑黢黢 看似毫无生机 但风会带来希望 加拉帕戈斯地处两股信风带的交汇处 植物种子和昆虫等小动物可以乘风而来 仙人掌、苔藓等植物 是这里最早落户的一批物种 它们加速了岩石的土壤化 让其他生命得以安家 (作为先锋物种的熔岩仙人掌,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 这里远离大陆 但不妨碍鸟类飞到这里 它们的粪便是优良的肥料 ( 蓝脚鲣鸟们的大量白色粪便覆盖在岩石上,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 土壤有了营养 更多种子开始生根发芽 植被逐渐茂密 在岛屿高处 甚至出现了森林 这些森林的主角是蒲公英的亲戚“树菊” 作为菊科植物 却能长成高达十几米的大树 (加拉帕戈斯的树菊森林;树菊是加拉帕戈斯特有的菊科歧伞葵属Scalesia植物,菊科植物一般是低矮草本,而树菊却是灌木或乔木,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 仅凭少数由风送来的植物和小动物 这里仍是片荒芜之地 不过大地并没有止步于此 而是再次借助海洋的力量 迸发出更蓬勃的生命力 02 生命汇聚 在加拉帕戈斯以西 一万多公里远的新几内亚岛上 一场暴雨将土壤中的养分冲入河中 而后注入大海 (新几内亚岛的热带雨林与河流,它们将与加拉帕戈斯产生一种奇妙的联系,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 但这场长途旅行才刚刚开始 来自深海的一股寒流将把它们送到万里之外 直到撞上加拉帕戈斯海底的高大山脉 营养物质上翻 滋养了这片海域 (生机勃勃的加拉帕戈斯珊瑚礁,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 这股寒流叫做克伦威尔洋流 但远道而来的不只有它 多股洋流都在加拉帕戈斯交汇 (请横屏观看,加拉帕戈斯的洋流汇集示意,制图/郑艺@星球研究所) ▼ ![]() 在南美洲西海岸 强风吹走表层的海水 促使深海冷水上翻到表层 再将养分送到加拉帕戈斯附近 这就是著名的秘鲁寒流 (一处海水流失后,由别处海水补充形成的洋流叫补偿流,秘鲁寒流就是一种补偿流,除了下层海水,它还有部分南极海水的补充,制图/刘志鹏@星球研究所) ▼ ![]() 两股寒流带来了凉爽与营养 诞生出赤道上唯一的企鹅栖息地 (加岛环企鹅的身后是典型的热带植物仙人掌,这样的自然景观,除加拉帕戈斯再无处可见,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 寒流主力之外还有暖流的助力 冷暖交汇让养分得到了更充分的扩散 海洋生物也更加繁荣 如达尔文所言 “这里的海洋实在有些拥挤” (加拉帕戈斯海域是全球生物最密集的海域之一,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 这里是鲸类的重要栖息地 庞大的座头鲸和顶级猎手虎鲸 在此狭路相逢 (虎鲸在费尔南迪纳岛和伊莎贝拉岛之间的海域中觅食,这里曾是19世纪重要的捕鲸地,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 成群的鲨鱼准备享用饕餮盛宴 双髻鲨如行军浩浩荡荡 (大群双髻鲨正在觅食,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 而在近海 海龟正迎着鱼群悠然畅游 (绿海龟在密集的鱼群间自由穿梭,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 海狮们躺在海中沐浴阳光 仿佛在与光共舞 (在水中悠然自得的加岛海狮,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 就连陆地生物也搭着洋流的顺风车 自远方而来 原产于南美大陆的象龟 或许是偶然掉入海中 浮在海上漂泊万里至此 (一种理论认为加拉帕戈斯象龟起源于南美大陆,实验证明象龟可以不吃不喝存活数周,而这足以支撑它们漂到加拉帕戈斯,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 而一截掉入海中的木头 也可能成为鬣蜥来到这里搭的便船 (加拉帕戈斯海鬣蜥是全世界唯一可下海的鬣蜥,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 哪怕是海面上漂来的一小截树枝中 也可能藏着几只昆虫 (加拉帕戈斯岛上仅有的蜂类可能就是以这种方式来到这里,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 洋流带来的丰富鱼类资源 也吸引了不少鸟类在此安家 (褐鹈鹕:大餐,我来啦!图片来源@图虫创意) ▼ ![]() 蓝脚鲣鸟“穿”着亮蓝的“靴子” 希望得到异性青睐 (蓝脚鲣鸟脚掌的蓝色源于食物中的类胡萝卜素,越蓝表示营养越好,求偶时越有优势,摄影师@徐征泽) ▼ ![]() 军舰鸟则鼓着鲜红的大喉囊 向雌性高调示爱 (两只军舰鸟在争夺雌性的注意。雄性军舰鸟巨大的喉囊非常显眼,用于吸引异性,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 偏爱热带的加岛信天翁 正在热烈地追求未来伴侣 (加岛信天翁的求偶舞蹈;信天翁科物种大多生活在高纬度的凉爽海域,仅少数分布在热带,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 翅膀退化的弱翅鸬鹚无法飞翔 但在水中身手敏捷 (弱翅鸬鹚的翅膀已经退化,它们更擅长游泳捕鱼,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 其他物种也学会另辟蹊径 例如红石蟹会给海鬣蜥“打工” 赚些“零嘴” (红石蟹在给海鬣蜥清洁体表,捕食寄生虫,这种螃蟹喜欢直着走,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 在洋流的滋养下 这些岛屿已经焕发出了勃勃生机 但它们从不安定 变化是这里永恒的主题 生命想要延续唯有不断适应 03 适者生存 上世纪70年代 一场大规模干旱降临在了 加拉帕戈斯的大达夫尼岛上 植物大面积枯死 (请横屏观看,从空中俯瞰大达夫尼岛,这里生活着多种达尔文雀,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 为了获取更多食物 一部分中地雀选择拓宽食谱 原本以软小种子为主食的它们 开始吃起了另一种植物的种子 这些种子更大且坚硬多刺 只有喙更宽大的中地雀可以啄开 它们也因此有更大几率存活 (加拉帕戈斯中地雀,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 经过这场食物危机 下一代中地雀的喙明显变大变厚 即使数年后岛上植被已经恢复 中地雀的喙也没有变回原样 这是人类首次见证自然选择驱动的演化 但故事还没有结束 一群来自外岛的大地雀 首先打破了这里的平静 (加拉帕戈斯的大地雀,它们较岛上的中地雀体形更大,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 它们同样喜欢那些大的种子 相比中地雀变大的喙 大地雀的喙更加厚实 眼看竞争不过 一些中地雀又渐渐吃起小种子 而它们的喙也出现变小趋势 二十多年后 又一场大旱来袭 食物短缺 激化了中地雀与大地雀的竞争 (加拉帕戈斯干旱的土地,仅作示意,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 这一次 命运没有眷顾大喙的中地雀 它们在与大地雀的食物争夺中落败 最终在中地雀群体中 小喙个体成为了赢家 (加拉帕戈斯如同这雨季的海雾一般,令生物们琢磨不透,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 这样的演化故事 已经在加拉帕戈斯上演过无数次 包括中地雀和大地雀在内的十几种达尔文雀 大多有着相似的演化历程 两三百万年以前 达尔文雀的祖先们 登上了加拉帕戈斯的各个岛屿 不同岛屿的形成时间不同 环境千差万别 有的岛屿才刚刚形成,荒芜贫瘠 有的岛屿已成形许久,郁郁葱葱 (加拉帕戈斯植被茂密的岛屿,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 为适应不同岛屿的独特生境 鸟儿们开启了各自的演化之路 (请滑动查看更多,进食不同食物的达尔文雀,它们的喙也各不相同,摄影师@徐征泽 ) ▼ ![]() ![]() ![]() 正如人的长相各异 达尔文雀的祖先们也会出现 不同形态、或大或小的喙 它们来自基因的自然变异 这种变异本是随机的 只是有些变异在生存竞争中更具优势 就更有可能将这一基因传递下去 所谓“物竞天择,适者生存” 随着群体间累积的基因差异越来越大 新物种便就此形成 (14种达尔文雀的喙形与食性对比示意图,制图/张琪月@星球研究所) ▼ ![]() 加拉帕戈斯这个演化大舞台 当然不只属于达尔文雀 由于不同区域的植被差异 有些象龟只需探头就能啃食地面的草丛 有些则不得不抬头啃食高处的仙人掌 进而演化出了不同形状的龟壳 并最终形成了十多个不同物种 (达尔文考察时,当地官员说他们只看龟壳便能分辨象龟来自哪座岛,这大大启发了达尔文,制图/张琪月@星球研究所) ▼ ![]() 还有偶然漂泊至此的鬣蜥祖先 它们原本以森林植物为食 但贫瘠的海岛一片荒凉 倒是岸边的海底绿意盎然 于是演化出了能够下海觅食的海鬣蜥 (正在食用海藻的海鬣蜥,它们是加拉帕戈斯的特有物种,也是唯一能够下海的鬣蜥,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 加拉帕戈斯丰富的岛屿环境 为演化提供了风格迥异的舞台 在海洋和山体的阻隔下 各个岛屿上的生物走上了独立演化的道路 (海洋和山体阻隔了不同群体间的基因交流,群体之间的差异便越来越大,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 同时由于加拉帕戈斯远离大陆 大型食肉动物无法从大陆漂来 没有天敌的动物群体得以快速繁衍壮大 并积累更多变异 促进新物种的形成 (缺少天敌也是在加拉帕戈斯岛上动物不怕人的重要原因,摄影师@高承) ▼ ![]() 但它们并不能就此高枕无忧 加拉帕戈斯的环境变化之快 如同阴晴不定的少年 有些年份 大气的异常活动会使寒流减弱 让加拉帕戈斯变得异常炎热 这种现象有一个我们更为熟悉的名字 厄尔尼诺 面对热浪导致的食物短缺 岛上的海鬣蜥大量死亡 但很快它们就演化出了对策 在短短几个月内缩小多达20%的骨架 以减少能量消耗 (按比例这相当于一个身高一米八的人缩到一米四多,摄影师@高承) ▼ ![]() 种种因素作用下 演化仿佛在此按下了快进键 短短三十多年 人类就目睹了一个新物种的诞生 (这个达尔文雀新物种被学者昵称为“大鸟(Big bird)”,图片来源@Texas A&M University) ▼ ![]() 从与世隔绝的荒岛 到风与海送来一批批移民 再到演化出多彩生命 如今的加拉帕戈斯已经分外精彩 56种鸟类 25种爬行类 2900种海洋生物等等 都在展示着演化的魅力 (多彩而善变的加拉帕戈斯,摄影师@高承) ▼ ![]() 但这出演化大戏并未就此落幕 从生命到岛屿本身 挑战与变化从未停止 04 唯变永恒 加拉帕戈斯群岛 在西班牙语中意为“龟岛” 这一名字来自岛上最具标志性的物种 象龟 2012年6月24日 一只百岁高龄的象龟在这一天早晨 再也没有醒来 它就是加拉帕戈斯最著名的象龟 “孤独的乔治” (去世前几天的孤独乔治,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ ![]() 自从人类登岛 温顺的象龟便成了航海者们的“肉罐头” 船上的山羊和老鼠也逃到岛上 开始疯狂繁殖 山羊啃秃植被 老鼠啃食龟蛋 一些岛上的象龟因此惨遭灭绝 孤独的乔治 便是平塔岛象龟的最后一只 它的死亡宣告了一个物种的灭绝 (“我的同伴在哪里?”,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ ![]() 加拉帕戈斯其他物种的命运 也依然充满着不确定性 为了避免悲剧重演 人们在岛上清除外来物种 联合国也将这里列入首批世界自然遗产 (加拉帕戈斯港口,人类的到来给这片岛屿带来了深远的影响,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 不仅是物种的延续在面临挑战 岛屿自身也是如此 2021年5月17日 加拉帕戈斯最著名的地标之一 达尔文拱桥坍塌 这里是享誉全球的潜水点 如今只剩下浪花依旧 (坍塌前的达尔文拱门,图片来源@视觉中国) ▼ ![]() 这些熔岩奋力从地底冲出海面 却难逃岁月的消磨与击打 (加拉帕戈斯海边的鹅卵石滩;1992年,人们在加拉帕戈斯海底发现了比所有现今岛屿都要古老的鹅卵石,它们很可能属于已沉没的岛屿,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ ![]() 但这并不意味着终结 在岛屿沉没之前 一些物种早已扩张到其他地方 并演化出了新物种 而新的岛屿也仍在海底蓄势待发 (研究表明,加拉帕戈斯熔岩蜥的祖先可能来自一座已沉没的岛屿,摄影师@徐征泽) ▼ ![]() 在46亿岁的古老地球上 400万岁的加拉帕戈斯显得分外年轻 它还在成长 还将经历风雨浪涛的磨练 还将创造精彩纷呈的演化故事 这里没有永远的主角 唯有永恒的变化 本文创作团队 撰文:林萱文 编辑:镜子 图片:昼眠&秦南 地图:郑艺 设计:刘志鹏&张琪月 封面图片来源:视觉中国 审校:镜子&王逻辑&陈志浩 审核专家 国家动物博物馆副馆长、研究馆员 张劲硕 【参考文献】可上下滑动查看 [1]Abzhanov, A., Kuo, W. P., Hartmann, C., Grant, B. R., Grant, P. R., & Tabin, C. J. (2006). The calmodulin pathway and evolution of elongated beak morphology in Darwin's finches. Nature, 442(7102): 563-567. [2]Abzhanov, A., Protas, M., Grant, B. R., Grant, P. R., & Tabin, C. J. (2004). Bmp4 and morphological variation of beaks in Darwin’s finches. Science, 305: 1462-1465. [3]Boag, P. T., & Grant, P. R. (1981). Intense natural selection in a population of Darwin’s finches (Geospizinae) in the Galápagos. Science, 214: 82-85. [4]Christie D M , Duncan R A , Mcbirney A R , et al. Drowned islands downstream from the Galapagos hotspot imply extendedspeciation times[J]. Nature, 1992, 355(6357):246-248. [5]Forryan A , Garabato A C N , Clément Vic, et al. Galápagos upwelling driven by localized wind–front interactions[J]. Scientific Reports. [6]Grant, P. R., & Grant, B. R. (2006). Evolution of character displacement in Darwin's finches. Science, 313(5784): 224-226. [7]Karstensen J , Ulloa O . Peru–Chile Current System[J]. Encyclopedia of Ocean Sciences, 2009:385-392. [8]Lavoie C , Cruz F , Harcourt-Carrasco S , et al. The Atlas of Isabela Project: An illustrative document of the biggest successful goat eradication project on islands. 2007.[9]Christopher W.Sinton, Karen S.Harpp, Dennis J.Geist, Eric Mittelstaedt, Daniel J. Fornari & S. Adam Soule, 2017, Banco Tuzo: an ancient Galapagos island and potential stepping stone for species dispersal.[J]. Galapagos Research 69: 9-17 [10]Wikelski M , Thom C . Marine iguanas shrink to survive El Nio.[J]. Nature, 2000, 403(6765):37-8. [11]曾志刚. 海底热液地质学[M]. 科学出版社, 2011. [12]查理·达尔文. 物种起源.第3版[M]. 重庆出版社, 2014. [13](英)亨利尼科尔斯 著;林强 刘荧 译.加拉帕戈斯群岛-演化论的朝圣之旅[M].商务印书馆,2018. 及NOAA、NASA、WWF、查尔斯达尔文基金会,加拉帕戈斯国家公园,伍兹霍尔海洋研究所网站等。 原标题:《加拉帕戈斯,神奇动物变变变!》 阅读原文 |
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