科學(xué)家從太空“偷窺”企鵝糞便，揭示氣候變暖正如何顛覆南極食物網(wǎng)

“我們從太空監(jiān)視企鵝，用衛(wèi)星圖像搞清楚了它們在南極洲周圍都吃些什么。”加州大學(xué)圣克魯茲分校的海洋生物學(xué)家邁克爾·波利托在新聞稿里這樣形容自己剛完成的一項(xiàng)研究。監(jiān)視的方法聽起來有些“重口味”——科學(xué)家在高空盯著企鵝留下的大片粉紅色或灰白色的糞便，從糞便的顏色里，讀出了一張正在被氣候變暖悄悄撕開的南極海洋食物網(wǎng)。

糞便在企鵝的世界里一直是個(gè)重要資源，只是過去人們看重它，是因?yàn)樗实昧饔汀０⒌吕簌Z（Pygoscelis adeliae）會用嘴和爪子把糞便和泥土攏成碗狀的窩，再在里面產(chǎn)卵。這種由氮、磷等營養(yǎng)元素堆出來的鳥糞，一度是十九世紀(jì)農(nóng)場主眼里的“黑金”。人們大量刮走企鵝棲息地的糞肥，逼得阿德利企鵝只能把蛋產(chǎn)在光禿禿的地面上，由此引發(fā)了一波可怕的種群崩潰。當(dāng)時(shí)的鳥糞是莊稼的福音，卻是企鵝的災(zāi)難。誰也未曾想到，一百多年后，同樣是這些企鵝糞便，會變成解讀整個(gè)南極生態(tài)系統(tǒng)健康的“診脈器”。

最近的這項(xiàng)研究，發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》上。美國多所大學(xué)的研究人員聯(lián)合美國國家航空航天局（NASA）和美國地質(zhì)調(diào)查局，把三十年來的衛(wèi)星圖像和實(shí)地采集的糞便樣本放在一起比對，為的是還原阿德利企鵝飲食的年際變化。團(tuán)隊(duì)用上了光譜分析技術(shù)，簡單說，就是給不同顏色的糞便建了“色號本”——糞便的色調(diào)與企鵝吃了多少魚、多少鱗蝦掛鉤。吃魚多的企鵝，糞便會偏灰白、干燥一些；而以鱗蝦為主食的群體，拉出來的則更偏粉紅、濕潤，因?yàn)轺[蝦富含一種叫蝦青素的天然色素。把這些衛(wèi)星照片上呈現(xiàn)的“粉紅程度”和實(shí)地采集的糞便同位素分析結(jié)果一比對，科學(xué)家就能在無人在場的情況下，追蹤大批企鵝在幾十年的時(shí)間里換過哪些菜單。

這種“非接觸式偷窺”并非首次登場。2018年，科學(xué)家正是通過衛(wèi)星影像，意外在危險(xiǎn)群島發(fā)現(xiàn)了一個(gè)此前未知的龐大阿德利企鵝族群，數(shù)量超過一百五十萬只。當(dāng)時(shí)人們就意識到，鳥糞的痕跡可以像路標(biāo)一樣，指引出企鵝聚集的精確坐標(biāo)。這一次，團(tuán)隊(duì)把視角從“在哪里”推進(jìn)到了“吃什么”，通過梳理已知的一百一十九個(gè)阿德利企鵝種群的糞便顏色，畫出了一幅南極沿海區(qū)域的飲食地圖。地圖上出現(xiàn)了一個(gè)清晰的規(guī)律：海冰越多的地方，企鵝的食譜里魚的比例越高，特別是南極銀魚；而海冰越少的區(qū)域，企鵝則被迫轉(zhuǎn)投鱗蝦的懷抱。年與年之間的飲食波動，也緊緊跟隨著海冰覆蓋面積的漲落節(jié)奏——暖和的年份，銀魚數(shù)量減少，鱗蝦就成了那一年餐桌上的主力。

為什么海冰對銀魚這么重要？這與南極冰下食物網(wǎng)的微妙結(jié)構(gòu)有關(guān)。幼年的銀魚會躲在海冰底部的裂縫和縫隙里，以冰藻和微小浮游動物為食，厚厚的海冰就像一個(gè)漂浮的育苗室。當(dāng)氣候變暖導(dǎo)致海冰提前破碎或范圍大幅縮小時(shí)，銀魚就失去了庇護(hù)所和育幼場，種群規(guī)模隨之下降。而鱗蝦雖然也依賴海冰，但鱗蝦能直接取食冰下的藻類，繁殖策略也更為靈活，短期內(nèi)對海冰波動的耐受能力略強(qiáng)一些。也就是說，減少的海冰在企鵝的餐盤里劃出了兩個(gè)截然不同的世界：有冰意味著有魚，魚是一道高熱量、高蛋白的“硬菜”；無冰則只能靠鱗蝦充饑，鱗蝦雖多，但營養(yǎng)價(jià)值比銀魚低一個(gè)臺階。

企鵝用身體為這種菜單差異投了票。對比不同種群的衛(wèi)星糞便色度和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，那些被迫以鱗蝦為主食的群體，種群數(shù)量更可能出現(xiàn)下滑；而能穩(wěn)定吃到銀魚的群體，狀況要好得多。理由在企鵝寶寶的成長上體現(xiàn)得尤其明顯：喂魚的雛鳥能夠獲得更充足的營養(yǎng)，長得更壯、存活率更高；吃鱗蝦的雛鳥雖然也能活下來，但體形更小，在殘酷的南極環(huán)境里抗風(fēng)險(xiǎn)能力明顯偏弱。更要緊的是，鱗蝦并不是企鵝專屬的“自助餐”，須鯨和食蟹海豹也在大量消耗鱗蝦，這意味著當(dāng)魚不夠吃的時(shí)候，企鵝不得不在一個(gè)已經(jīng)十分擁擠的餐桌上和別人搶食。天暖→冰少→魚少→爭搶鱗蝦→雛鳥挨餓，這條連鎖反應(yīng)鏈，正在從糞便顏色中變得肉眼可見。

遺憾的是，這個(gè)故事的時(shí)間軸停在一個(gè)不太樂觀的節(jié)點(diǎn)上。研究團(tuán)隊(duì)所依據(jù)的數(shù)據(jù)只覆蓋到二〇一三年，而從那以后，南極海冰的范圍一路走低，屢次打破有衛(wèi)星觀測以來的最低紀(jì)錄。也就是說，今天阿德利企鵝所面臨的食物壓力，很可能比研究所刻畫的情形還要嚴(yán)峻。邁克爾·波利托用了一個(gè)經(jīng)典比喻來形容這些黑白鳥兒：“它們就像是煤礦里的金絲雀。我們的研究說明，近幾十年的變暖已經(jīng)擾亂了它們賴以生存的南極海洋食物網(wǎng)，許多種群正在為此付出代價(jià)。”

把企鵝比作金絲雀，并不只是一個(gè)文學(xué)修辭。在十九世紀(jì)的礦井里，礦工會提著一只金絲雀下井，因?yàn)轼B兒對毒氣比人敏感，一旦金絲雀停止歌唱或者倒下，礦工們就知道該撤離了。如今，阿德利企鵝棲息在氣候變化沖擊的最前線，它們的糞便就像一封封不會說謊的生態(tài)簡報(bào)，不停地向人類遞送著“這里出狀況了”的信號。而科學(xué)家手頭的衛(wèi)星和光譜技術(shù)，等于給每一群企鵝都配了一臺遠(yuǎn)程聽診器，每一次色號的改變，都是一次無聲的診斷：南極的餐桌正在發(fā)生結(jié)構(gòu)性重組。

這也讓人重新打量起“鳥糞”這件東西。它曾經(jīng)是十九世紀(jì)的淘金熱，人們?yōu)榱税阉u給農(nóng)場不惜掏空島嶼；它曾經(jīng)是導(dǎo)航員，幫我們在衛(wèi)星圖上找到新的企鵝王國；現(xiàn)在它又成了環(huán)境變化的賬本，一次次把藏在遙遠(yuǎn)冰海里的連鎖反應(yīng)攤開在世人眼前。整個(gè)過程讓人感慨的，不只是技術(shù)的進(jìn)步——從肉眼采集到太空遙感，從氮含量分析到光譜比對——而是一種視角的轉(zhuǎn)換：我們看企鵝，過去只關(guān)心它本身，現(xiàn)在我們開始關(guān)心它吃的是什么，以及那些食物正在發(fā)生什么。或許這才是生物指示物種的真正意義所在：它們不是替環(huán)境說話，而是把環(huán)境已經(jīng)做過的事，一五一十地寫在了自己的糞便里。

未來的研究很可能沿著這個(gè)方向繼續(xù)深入。如果能把更長時(shí)序的糞便色度數(shù)據(jù)與更精細(xì)的海冰、海水溫度模型結(jié)合起來，科學(xué)家將能更準(zhǔn)確地推測出企鵝種群的脆弱點(diǎn)，甚至提前預(yù)警那些尚在“臨界點(diǎn)”附近的群體。而對其他依賴鱗蝦的消費(fèi)者——比如鯨和海豹——這套方法也有望提供替代觀察窗口。畢竟，用衛(wèi)星數(shù)海豹糞便，聽上去并不比數(shù)企鵝糞便更不可思議。說到底，這不過是在提醒我們：南極的雪白底下，藏著一個(gè)色彩斑斕的敏感世界，而那些最不起眼的粉紅色斑點(diǎn)，正在替我們記錄著這顆星球的體溫變化。