电子灰熊

Lance Craighead 和 Doug Ouren 站在蒙大拿州西南部一个崎岖的山丘上寻找灰熊 416 号。他们没有追踪熊留下的利爪痕迹。他们也看不见熊那银尖的鬃毛。他们只是听着跟踪接收器里传来的稳定哔哔声。

“信号很强，”Ouren 说。他检查了频率，然后又看了看他的笔记：416 号灰熊是一只年轻成年雌性，身上戴着一个无线电项圈。Craighead 用望远镜搜寻着渐退的山脊线。向东，一个林木茂密的峡谷延伸至加勒廷山脉镀金的山峰，黄石国家公园就在其后。向西，一条艰险的垂直攀登小径通往麦迪逊河谷，这里是泰德·特纳的飞 D牧场的所在地。虽然严格来说不属于公园的一部分，但这里仍是大黄石生态系统，成千上万头麋鹿和至少三只佩戴项圈的熊在此过冬。当 Craighead 还是个少年时，他曾和他的父亲以及叔叔在这片土地上徒步旅行，他们是黄石公园著名的灰熊研究员。如今，他也是一名熊类生物学家。他在蒙大拿州博兹曼经营着他父亲的研究所，并与 USGS（美国地质调查局）的野生动物研究员 Ouren 合作。Craighead 身材敦实，头发卷曲，看起来像弗罗多·巴金斯（Frodo Baggins）的一个年长、体型更大的哥哥，也拥有同样的真诚善良。他从不炫耀他的家世，但当被问及时，他承认这项工作已经变得私密：“我感觉自己对黄石公园的熊负有责任。”乍一看，这些熊似乎并不需要他的帮助。这个生态系统大约有 500 只熊，而在落基山脉北部则有另外 800 只——这从 20 世纪 70 年代黄石灰熊被列为受威胁物种（见下方“被围困的象征”）以来，是一个显著的回归。然而，如今的数量与刘易斯和克拉克穿行时在本土 48 个州游荡的数万人相比，不值一提。而且它们仍然处于被围困之中。向北，加勒廷县涌入了大量新居民和小型农场。西黄石和加德纳等门户城镇正在蓬勃发展。2001 年，黄石公园内外有 20 只熊被猎杀、死于汽车，或被野生动物管理者捕杀。两年前，在爱达荷州州长 Dirk Kempthorne 将该计划告上法庭后，鲑鱼-塞尔韦-比特鲁特地区（Salmon-Selway-Bitterroot region）的灰熊重新引入计划被取消。“我反对将这些巨大的、食肉的食肉动物引入爱达荷州，”州长宣称。“当人类与灰熊发生冲突时，人类的境遇总是不好的。”爱达荷州的决定是灰熊的一个挫折。大型动物需要大片土地，而黄石国家公园的面积不足。在隔离了一个世纪并经历了重大种群崩溃之后，公园里的灰熊在基因上处于脆弱状态。它们需要与全国其他地区的熊进行基因交流，以保持其遗传多样性。随着美国第一个国家公园边境周围修建的每一条新公路和每一个新开发区，它正变成一个基因的牢笼。

灰熊的栖息地，用地理信息系统（GIS）表示，由多层信息组成——从食物到地面覆盖物再到道路位置——所有这些都叠加在数字地图上。

为了让 416 号灰熊远离危险，Craighead 和 Ouren 需要的不仅仅是大概了解她的活动范围。他们需要精确记录她的行踪。他们需要弄清楚地貌的哪些部分对她最重要——她的活动区域、她回避的地方、她的空间感。无线电跟踪是一种解决方案。但 Craighead 还使用一种更先进的工具，这种工具可以获取 416 号项圈传输的数据，并将其与其他无数信息合并。这项技术被称为地理信息系统，简称 GIS。

GIS 的理念很简单：它将数据库与绘图程序结合起来，一层一层地构建数字地图。例如，黄石公园的地图可能以州界、公园边界和其他市政边界开始。叠加一个海拔层——等高线——地图就会呈现出地形起伏。添加小径、道路和森林，一张更复杂的地图就开始出现。按需创建此类地图的能力对生物学家来说已经是一个巨大的福音，但这仅仅是个开始。例如，为了估计一个地区能支持多少只熊，生物学家可以使用 GIS 绘制出所有动物的潜在食物来源——从松子到截尾鳟鱼——以及它们在一年的不同时间段内的可获得性。他们可以叠加秋季的太阳角度、熊冬眠的地方、莎草生长的地方以及积雪的深度。原本是二维地图现在变成了一个三维世界，甚至是四维世界，地图显示了地貌如何随着时间而变化。GIS 最初是在 20 世纪 60 年代在哈佛大学和加拿大的土地清单项目（Land Inventory program）中构思出来的。由于它处理海量数据，研究人员花了将近十年的时间才用价值数百万美元的大型机计算机创建了一个可行的系统。此后，处理器变得更便宜、功能呈指数级增强，但 GIS 仍然难以跟上我们不断发展的全球监测步伐。第一颗“陆地卫星”（Landsat）于 1972 年进入轨道，引发了太空成像的激增。24 颗卫星组成的全球定位系统（GPS）于 1995 年上线，实现了地面精确测绘。通过遥感和基于 GPS 的监测，GIS 现在能够组织、分析和显示地球上的每一块数据。这对生态学的影响无异于一场革命。野外研究人员不再花费数千小时徒步或乘坐小型飞机追踪动物，而是使用无线电跟踪项圈，这些项圈可以数字存储 GPS 读数。几个月后，计时器会触发项圈脱落，研究人员收集项圈，然后将数据直接下载到 GIS 程序中。结果是动物运动的近乎无缝的记录，由卫星精确追踪。USGS 的机构间灰熊研究团队负责人 Chuck Schwartz 还记得，他曾用彩色编码的图钉追踪动物种群。现在，他可以轻松打印出比以前详细几个数量级的数字地图。“我们开始看到熊的移动——白天、晚上、有人时、无人时，情况非常、非常不同，”他说。“这开始解释了许多基本科学原理。”一些研究人员说，只要有足够的数据，GIS 就可以描述生态系统中发生的一切。“我不知道这是否会发生，”GIS 软件巨头 ESRI 的保护项目负责人 Charles Convis 说。“但令人着迷的是，GIS 将像遗传学解决生物有机体问题一样，像微积分解决经典力学问题一样，解决生态学问题。”

第三代野生动物生物学家 Lance Craighead 见证了他的领域变得越来越精通技术。“我们必须采用我们拥有的最先进的科学，”他说。

野生动物研究员 Doug Ouren 已经对 30 多只熊进行了无线电追踪，每只熊追踪近一年。“空间分析的一个前沿领域是观察事物在景观中的移动，”他说。摄影：Brent Humphreys

一天早上，Craighead 坐在博兹曼的办公室里，在他的电脑显示器上调用了一个三维地图，然后旋转它，扭曲它的特征。这是麦迪逊河谷，从熊的视角看。等高线和颜色标志着熊在移动时的难度。紫色和平面表示安全、容易通行；陡峭的橙色和红色表示危险。结果是地貌颠倒了：山峰大部分是平坦的紫色，而山谷中的城镇和高速公路则占据了高地，呈橙色至红色。为了构建这张地图，Craighead 首先将地貌分割成 100 米见方的网格。第一层是地表覆盖。农业和城市地区被标记为危险，松林和亚高山草甸被标记为宜居。由于熊喜欢栖息地之间的边缘，GIS 对每个方格进行计算，找到最近的边缘，并根据距离和受欢迎程度对其进行排名。接下来是表示建筑密度、道路和小径的图层。地图显示了大量对熊友好的区域，但紫色被橙色的危险线（道路、城镇、开发区）分割开来。Craighead 知道，黄石灰熊只有在公园与其周围的荒野相连的情况下才能生存。鲑鱼-塞尔韦-比特鲁特地区（Salmon-Selway-Bitterroot region）在蒙大拿州和爱达荷州西部仅 185 英里，北大陆分水岭（northern Continental Divide）在北部仅 155 英里，这两个地区都是熊的良好栖息地。通过在此处设立保护区，在那里关闭一条森林服务局的道路，Craighead 可以创建一个受保护土地网络，让熊在整个地区进行基因交流。“我们只需要几个小块，”他说。“栖息地已经存在了。我们正试图阻止它被封锁。”他估计，通过保护仅占私有土地的 2% 就可以做到这一点。但找到这 2% 需要 GIS。灰熊在冬季最脆弱，那时它们会冬眠。它们的巢穴通常在偏僻的地区——高海拔的森林或偏远的山谷深处——但随着徒步旅行者和雪地摩托车深入荒野，灰熊重新占据公园周围的土地，孤立的地点越来越难找。三年前，Chuck Schwartz 和他的团队将四分之一世纪的巢穴数据加载到 GIS 程序中，并分析了海拔、坡度、阳光和森林覆盖率之间的关系。然后，他们将这些信息投影到整个系统中，以找到有利的筑巢区域。该地区的一些国家森林随后使用该模型来确定不应允许雪地摩托车进入的区域。雪地摩托车和近亲繁殖不是唯一威胁灰熊的东西。在美国西部大部分地区，熊赖以为生的白皮松因致命的欧亚叶锈病而备受困扰。在过去的二十年里，蒙大拿州西部 42% 的白皮松已经死亡，而 89% 的存活树木已感染。与此同时，黄石公园的截尾鳟鱼正被湖鳟鱼取代，后者不在溪流中产卵，因此无法被熊捕食。野生动物管理者可以使用 GIS 来绘制这些变化的食物来源图，从而预测熊的移动：如果松子产量丰收，熊就会待在高山地区，远离人群；如果产量不高，它们就必须 venturing 远一些寻找食物。Craighead 说，大黄石地区的所有人——从森林服务局到交通部再到加勒廷县的规划师——现在都完全依赖 GIS。它使他们能够使用同一种空间语言，并用它来塑造他们的世界。

去年 11 月，Craighead 和他的妻子 April（她也是一名生物学家）迎来了他们的第一个孩子。考虑到小 Willow 的家族史，她很可能最终会研究黄石灰熊。如果是这样，她 20 年后的野外考察可能会是这样的：Willow 走出卡车，来到 Taylor Fork 附近，戴上特制太阳镜，这项技术可以将 GIS 数据投射到她的视野中。当她透过镜片看时，世界会呈现出虚拟的色调。栖息地图层剥离，地质数据向前漂移；数字动物足迹在树林间蜿蜒，地下泉水在地表蜿蜒出钴蓝色痕迹。Willow 检查树木的湿度胁迫，并沿着提议的林伐区的边界行进。当她进入麋鹿的领地时，牧场会根据不同管理情景下土地能支持的麋鹿数量，从绿色变为粉色再变为鲜亮的品红色。这一切都实时发生，在野外。当 Willow 想知道某只灰熊在哪里时，她会输入她的机构间许可代码，一个闪烁的标记就会在她前方亮起。她甚至可以比较这只熊的行踪和它祖母——416 号灰熊——的行踪。但现在，416 号灰熊仍然年轻而活跃。当太阳在 Taylor Fork 上空落下时，Craighead 和 Ouren 交换着狩猎故事、博兹曼的故事以及关于熊的故事，他们的跟踪接收器在背景中持续发出哔哔声。当晚间的寒意袭来时，他们下降到谷底，穿过一条小溪，哔哔声突然停止。快速的视线三角测量显示，信号可能被附近的山脊挡住了，而熊就栖息在不到四分之一英里远的地方。就在它正下方是一个猎人的营地。Ouren 进行了调查，发现有一个散发着肉味的烤架。明天他会请当地的经理去看看。但他和 Craighead 不会打扰那只熊。明年夏天某个时候，她的项圈会脱落，Ouren 会去找它。然后他就会知道 416 号去过哪里，真正的研究才开始。他希望数据能显示她蜿蜒穿过 Taylor Fork 的外围。也许她会生下幼崽，过着更谨慎的生活，就像母灰熊一样。也许她会嗅到另一个肮脏的烤架，最终死亡。人类能否与“巨大的、食肉的食肉动物”和平共处？GIS 本身无法回答这个问题。它结合了熊行为的详细数据和对地貌的全面盘点。但即使是最好的虚拟熊，也远非 600 磅的真正熊的愤怒。计算机模型受数据选择和软件限制驱动。例如，灰熊在很大程度上依赖嗅觉，而生物学家对此没有数据。“GIS 只是对生物复杂性的简化，”Craighead 说。它可能拥有像 DNA 的发现解决遗传之谜一样解决生态学问题的能力。但解决不等于拯救。正如 Craighead 的叔叔 John 25 年前所说：“我们需要智慧来应用空间科学，勇气来为濒危物种采取行动，以及远见来妥善管理快速变化的国家景观。”否则，模拟荒野中的虚拟熊可能就是我们仅存的了。

被围困的象征

黄石国家公园是一片传奇的土地，灰熊是这里的王者。关于当地灰熊的著作和文章比其他任何动物都多，它们是世界上研究最深入的熊种群。Craighead 家奠定了科学基础。Frank 是一名林务局的昆虫学家，他开创了埃弗格莱兹保护（Everglades conservation）。他的儿子，一对同卵双胞胎 John 和 Frank Jr.，携手走上了野生动物事业。1961 年，在微型无线电技术刚起步的时候，他们给一只灰熊戴上了第一枚 VHF 无线电跟踪项圈，并与电气工程师合作设计自己的设备，将其带入野外。在崎岖的山区追踪动物的能力，为熊的自然历史打开了一个惊人的视野，并彻底改变了野生动物生物学。《国家地理》杂志在印刷品和电影中宣传了他们的研究，并将 Craighead 一家变成了科学名人。然后，1967 年发生了一场灾难性的巧合：8 月 13 日晚上，在冰川国家公园，两名妇女在相隔数英里处露营时，被两只不同的灰熊残忍杀害。这两只熊都依赖垃圾填埋场的食物作为其饮食的一部分，在被袭击前已经熟悉了人类的食物。因此，黄石公园官员决定关闭公园的垃圾填埋场。Craighead 夫妇认为应该逐步关闭，并且熊应该被喂食麋鹿和其他动物的尸体，直到它们适应。公园当局却让熊“冷火鸡”。Craighead 夫妇花了一整 decade 收集了当时最详细的灰熊数据，但公园当局却忽视了他们。当兄弟俩表达异议时，官员们逐渐将他们赶出了黄石公园。这次事件终于从机构记忆中淡去，但有一点是无可争议的：熊输了。Craighead 夫妇的人口普查数据显示，关闭垃圾填埋场之前，黄石公园有 230 只灰熊。在随后的十年里，一只又一只的熊为了寻找食物而接近人类，并在过程中被杀害或被捕杀。超过 200 只灰熊被移出了黄石生态系统，一个虽然小但健康的熊种群陷入了危机。1975 年，黄石灰熊被列为受威胁物种。