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这些罕见的适应性帮助动物在沙漠中生存

从巨大的耳朵到浓缩的尿液,动物们以独特的方式进化,以便在干旱环境中散热、保存水分和寻找栖息地。

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图片来源:hagit berkovich/Shutterstock

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据报道,前杜克大学篮球明星保罗·班凯罗(Paolo Banchero),2022年NBA选秀状元,每场比赛会因大量出汗而损失多达七磅体重

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与班凯罗一样,恒温动物通过蒸发水分来散热,无论是出汗还是喘气。在正常情况下,动物体内有充足的水分。但在沙漠中,水是一种宝贵的资源,这给生物带来了两难的境地:冒着过热的风险,还是冒着脱水的风险。

爱荷华州立大学的动物生理学家埃里克·里德尔(Eric Riddell)说:“这是生存艰难的一个双重打击。”

一个问题,多种解决方案

沙漠动物已经发展出不需要水分流失的散热策略。一个常见的解决方案是长出大耳朵,比如耳廓狐或长耳跳鼠。它们巨大的耳廓可以通过血管散发热量到环境中,血管就像恒温器一样工作。例如,在野兔身上,当空气比体温稍凉时,这些血管会扩张,将温暖的血液输送到身体外围,以将热量释放到环境中。

其他沙漠动物则会从尿液中重新吸收水分。加州大学伯克利分校的进化生物学家若阿娜·罗查(Joana Rocha)说,人类在一定程度上也能做到这一点。“如果你长时间不喝水,你的尿液会变深。”

沙漠动物将这一点发挥到了极致。短尾侏儒跳鼠的创纪录的尿液浓度超过每公斤水9000毫摩尔——这比人类典型水平高10倍。罗查说:“尿液浓缩在非常不同的哺乳动物身上独立进化而来。“[环境]越干旱,你越能找到能够浓缩尿液的物种。”

这些生理适应非常出色,但其他动物采取了一种更简单的方法:首先避免炎热。例如,小型哺乳动物会打洞来逃避极端的温度波动。里德尔说,鸟类也可以利用这些洞穴。但躲避炎热是有代价的。当动物们被困在洞穴里时,它们无法进食、保卫领地,有时甚至会放弃繁殖。

住房危机

对于鱼类和两栖类等水生动物来说,干旱也会导致栖息地短缺。北卡罗来纳大学教堂山分校的两位已婚进化生物学家大卫和卡琳·芬尼格(David and Karin Pfennig)说,这正是食蛙蟾蜍的情况。

亚利桑那州和新墨西哥州是三种食蛙蟾蜍(尽管名字叫食蛙,但它们实际上是青蛙)的家园。那里的环境很干旱,但这些生物需要静止的水才能产卵。

一年中大部分时间里,当没有水时,它们会钻进沙子里,有时深达3英尺以上,并进入休眠状态,新陈代谢缓慢,直到暴雨来临。通常,每年七月,季风会形成称为季节性池塘的水洼。降雨对食蛙蟾蜍来说就像一种警报,它们会 emerge,冲到池塘边,并在当晚繁殖。

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产卵只是故事的一半。蝌蚪也必须生存到成年。这是一个挑战,因为季节性池塘可能在一周内干涸。大多数蛙类需要数周甚至数月才能从水生卵发育成陆生变态。然而,一些食蛙蟾蜍物种的变态发育期最短可达八天。芬尼格说:“那可能是发育最快的脊椎动物。”

但并非所有物种都如此幸运。有一种平原食蛙蟾蜍,生活在较湿润的草原上,发育缓慢。在其分布范围内的干旱地区,它们的后代没有时间奢侈。当水位低时,平原食蛙蟾蜍雌性会采用一种奇怪的策略来帮助它们的孩子成功:与发育较快的近亲——墨西哥食蛙蟾蜍杂交。杂交后代发育迅速,平原食蛙蟾蜍雌性甚至会聆听雄性的叫声,以选择能够产下发育最快蝌蚪的伴侣。

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卡琳·芬尼格说:“[雄性杂交个体]是无菌的,雌性拥有的卵的数量只有在纯种繁殖时可能产生的一半。但拥有能存活的后代,即使不是最优秀的,也比所有蝌蚪都死亡要好。”

蝌蚪还有一些其他绝招。它们会早期发育出肺,以便在池塘干涸时呼吸。而且随着时间的推移,它们抛弃了重复的DNA片段,以简化生长和发育。但也许它们最令人印象深刻的适应能力是,蝌蚪可以在两种截然不同的形态之间转换:一种是温顺的杂食动物,一种是凶猛的食肉动物。食肉形态会发展出张开的大嘴以同类相食,它们贪婪的生活方式将变态发育的时间缩短了一周

大卫·芬尼格说:“当动物面临严峻的处境时——比如食物稀缺,它们必须快速生长——就会出现同类相食现象。”

对于面临干渴的蝌蚪来说,这简直就是弱肉强食的世界。

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极端适应,极端风险

随着气候变化,寻找水源和保持凉爽的压力越来越大。尽管听起来违反直觉,但沙漠动物——尽管它们已经适应了极端条件——却可能是最危险的。

卡琳·芬尼格说,气候变化正在加快墨西哥食蛙蟾蜍雄性的叫声。“叫声更快的雄性更有可能产下变成食肉动物的蝌蚪。”在一个干旱和变暖的世界里,快速发育的食肉动物以及那些唱着快歌的父亲们可能会占优势。

气候变化也是对体温调节的挑战。它已经摧毁了沙漠鸟类。例如,莫哈韦沙漠在过去一个世纪里失去了43%的繁殖鸟类物种。里德尔说:“在死亡谷,人们看到鸟儿从空中坠落。“事实是,这些鸟类已经生活在它们的承受极限。它们没有适应留在沙漠里,而是离开了,或者死亡了。”

鸟类可能是其他物种的警示信号。例如,在目前的温度下,穴居的夜行性哺乳动物似乎对气候变化更具韧性。但里德尔说,这并不意味着它们最终不会面临同样的命运。“沙漠里没有金丝雀,但[沙漠鸟类]正在敲响警钟,表明环境条件对生命来说变得过于极端了。”

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