《勇闖南極 Expedition Antarctica 2019》

可以說 企鵝、海 鷗、雪海燕或威 德爾海豹的自然棲息地極其不適合生存 在南極 氣溫可降 至攝氏零下40度 風速每小時可超過200公里 動物必須在沒有任何參 考點的環境中定位自己 以尋找和找到它的同伴、伴侶或幼兒 為了延續其物種 它必須盡快生育並 撫養後代 以免嚴酷的冬季極夜降臨 大多數生活在南極洲的動物在這個 星球上其他地方都無法找到 牠們是 如何在這個白色地獄中生存下來的 牠們驚人的抵抗力背後的秘密是什麼 在世界各地的田野和實 驗室中 科學家們正密切 觀察這些獨特的生命體 以解讀它們的適應策略 他們也試圖回答一個關鍵問題 他們能否跟上日 益加速的氣候變遷 在二十一世紀初 南極物種在其 歷史中達到了關鍵的轉折點 了 解它們變得至關重要 為了更準 確地預測它們的未來 南極大陸 一個距離歐洲15 000公里的冰原 位 於這顆星球的南極 右 下角的區域是阿黛利地 法國聲稱擁有的一塊南極洲區域 在其海岸上 有個小群島稱為地質角 裡面設有科學研 究基地——杜蒙-杜維爾站 每年十一月初 被稱為 夏季行動的計畫便會展開 數十位科學家會來到這 裡進行四個月的野外研究 所有掃描器都能正常運作嗎 連那個小的也能運作 好的 我們將會拿兩個 法國國家研究員克里斯多夫·巴博 研究機構、法國國家科 學研究中心的專家 以及南極動物學專家 剛抵達 他立 刻開始與部分船員準備任務 那麼明天我們將開始系統性地拍照 所有女性 如果我們能拍到好的照片 在南半球 季節是相反的 現在是春天的開始 但水星的溫度仍遠低於零 攝氏零下 15度 根據站點的氣象測量數據顯示 在極度寒冷的天氣下 如果不穿著厚重的保暖服 就無法外出 然而 周圍 卻充滿了豐富的動物生命 每年十月至一月期間 超過十萬隻海洋鳥類都會來 到這些小岩 ledge 上交配、產卵並撫育雛鳥 這個網站對科學家來說非常理想 他們前來研究的物種 都近在咫尺地聚集在這裡 在這片地球上獨一無二的領土上 冰層一直保護動物免受人類貪婪的侵害 牠們從來沒有被獵捕過 因此不害怕人類的出現 每天 研究人員都可以前來觀察、計數 並從動物身上採樣以 滿足他們的研究需求 地質點群島非常特別 因為它是少數幾個可以找 到幾乎所有在南極洲築 巢的鳥類物種的地點之一 在冰原上確實可以說是綠洲 四周都是冰 這裡是冰蓋、冰架的起點 而我們身後則是冰原 這是數百公里內唯一適 合鳥類築巢繁殖的地方 他們大多只會待一段短暫的時間 他們會在夏天待 上兩三個月來繁殖之後他們就會回到海洋中 因此 這片綠洲也是一場與時間賽跑的過程 因為它們必須 完成整個繁殖週期 包括求偶 儀式、交配、產卵以及撫養幼體 在冬天來臨前的幾個月 否則 就無法繁殖 冬季期間 極夜會 籠罩南極 天氣也會 變得更加極端 在杜 蒙·杜維爾站 氣溫 六月氣溫可降至攝氏零下35度 雪暴風速可達每小時200公里以上 在這段期間 杜蒙·杜維爾號上 除了例外情況外 所有船員都被疏散了 著名的帝企鵝四 個月前誕下了幼鵝 對它們來說 求偶季節 發生在南極冬季的中心 它是地球上唯一一種採用 這種極端的生活方式 他們的祕密在於一連串的適應方式 使他們能以最少的 能量消耗來維持體溫 第一種適應是身體的形狀和大小 由於其橢圓形的身體、小型的翅膀、喙和 尾巴皇帝企鵝能減少其表面接觸面積 與外界接觸 因此導致熱能散失 但其最佳的保溫效果來自 於這一點 即所有已知鳥類 中密度最高的羽毛 這些羽 毛緊密相貼 分為四層覆蓋 每平方厘米可數到15根羽毛 這些羽毛分為兩部分 在外側有一層防水層 可以保護皇帝免受寒風侵襲 在這層之下 羽毛 由長而柔軟的絨毛組成 當企鵝膨起其羽毛時 皮膚接觸會產生許多小氣泡 進而幾乎完全抑制熱量散失 透過增加拍攝次數 特 別是使用紅外線探測器 克洛德可以詳細分析皇帝熱能保護裝置的效率 因此 我們看到一列帝企鵝 這是由熱成像相機拍攝 其運作方式 與紅外線光譜相符 例如 在第一隻 鳥身上 你可以看到較熱的顏色 如 紅色和白色 這些 顏色代表較高的溫度 我們可以看到 大部分 的損傷都出現在眼睛、 喙、翅膀和腳部 但是身體的其他部位 雖然 它能保持溫度以減少熱量損失 但是在冬季最嚴寒的時候 當風開 始呼嘯時 這層熱能隔絕裝置就不 再足夠了 為了抵禦嚴寒 皇帝們 採用了一種在動物界獨一無二的策略 他們消除了所有社會的邊界 並聚集成一個緊密的群體 這被稱為烏龜陣 是因為羅馬軍隊 採用這種陣型作為強大的防禦戰術 在實況影片的協助下 德國科 學家模擬了這些 陸龜體內的波動 他們注意到企鵝 總是處於移動狀態 將背部暴露在刺骨的寒風中 企鵝的移動會自動 讓它的鄰居也移動 動物們保持大約2公分 的距離 以維持溫暖的最 佳距離 同時不壓縮牠們的羽毛和自身的隔熱層 在烏龜體內 溫度 可高達攝氏35度 在南極洲 極端的環境不僅影 響冰層上的居民 也深入到深處 由於南極洋的鹽分很高 水溫可以達到攝氏零下1 9度 而在靠近海岸的地方 冰架 它在一年中的大部分時間都覆蓋著一層不透明的面紗 儘管環境 hostile 這 裡仍可見豐富且繁茂的生物多樣性 所有物種都完美適 應其極端的棲息地 這些無脊椎動物的體液中含 有與周圍海水相 同濃度的鹽分因此 當水溫降至零度以下時 它們不會結冰 他們體內的液體只有在 海洋也結冰時才會結冰 這種魚採用了抵抗低溫的策略 它屬於一個被密切研究的物種家族 稱為南極魚 在南極 有五個科 它 們都是約三千万年前從同 一個祖先演化而來 它們 能夠多樣化的原因是因為 在這片南極水域 是因為 當南極洋變冷時 許多其他 魚類都滅絕了 因此出現 了許多空缺的生態位 對吧 而且非諾托伊德的祖先似乎能夠度過那場 環境變化 它們能夠 多樣化並基本上填補了 這些物種填滿整個海洋 而目前我們知道南極海洋 中大約有120多種物種 多年來 Christina Chang 一直研究這些奇特的南極魚的生理學 她 與丈夫 Arthur DeVries合作 而他則開始揭開它們抗寒能力的謎團 他在五十年前首次 造訪這片白色大陸時 我第一次去南極 發現 有一種深海生物在零下1 9度的水族箱中凍死了 這正是海水的冰點 然而 一隻剛剛在冰面下 被捕獲的魚 即使水中有很 多冰塊 也能生存得很好 這類情況引起了我的興趣 為何一個會結冰而另一個不會 於是我開始分析血液中導 致這種低冰點的血清成分 我部分描述了那些魚類 的防凍劑 結果發現它 是一種防凍糖蛋白 一 種具有防凍作用的蛋白質 那是這種南極魚抵 抗能力背後的祕密 當動物血液中形成冰晶時 一 組蛋白質會立即在其周圍形成 這組蛋白質在晶體周圍構成了一種固態網狀結構 而且能阻止它生長 即使溫度下降 這些蛋白質的存在使魚類能夠 將其凝固點降低至攝氏零下兩度 這還不夠讓它們在南極海 洋中結冰 而這正是…… 水在攝氏負1 9度時會結冰 在非托oides屬中 某 些物種具備另一種驚人的特 徵它們被稱為冰魚 在這 些標本中 氣管、舌頭 而且器官完全呈白色 沒有我們習慣看到的任何血跡 在進化過程中 這些魚 類將血液中的紅細胞和血 紅蛋白排出 它們直接透過皮膚從水中攝取氧氣 當血液中的細胞數量不多時 血液就會變得較稀薄 因此黏稠度降低 血 液就能更輕鬆地流動 這種流動不息的血液比 濃稠黏稠的血液更難結冰 這又是這些魚在抵抗 極寒時的另一項優勢 冰魚及其近親在這個星球 上其他任何地方都不存在 但過去幾十年來 南 極洲經歷了明顯的改變 地表與深海的溫度都在上升 種類極其適應環境的動物 在 面對如此重大的變化時特別脆弱 南極的安尼洛瑟尼oids非常適應寒冷環境 它們也非常的適應低溫環境 所以如果你抓到這些魚 把它們加溫 在4攝氏度時 對某些物種來說仍然沒有問題 在6攝氏度時 它們開始死亡 因此 如果海洋變暖 而且是緩慢地變暖 非常緩慢地 任何生物都有能力進行調整 並隨著變化的環境而演變 人們擔心 如果氣候變遷迅 速加劇 而且水溫迅速上升 假如100年後氣溫上升6度 那麼類似安尼洛烯類 的物種可能沒有足夠的時間來調整和進化以跟上變化 他們可能會經歷大規模的滅絕 在陸地上 南極物種的未來 也面臨著持續變化的不確定性 科學家們正盡可能仔細地觀察它們 以試圖預測它們的演化 這隻呢 這是哪一隻 4340今天 正在岩石峭壁上築巢的 雪海燕一隻被計算 以幫助確定 群體的整體健康狀況 你有做記號嗎 有 用雞蛋做的 那是第三十八巢 每年信天翁都會回到這片廣大的岩石上繁殖 它們的巢穴用藍色油漆標記 以便更容易被看到 今年 這個群落的狀況良好 約有1 000對在群島上被計算在內 每年 這些鳥 都會回到同一個 地方繁殖 而且 它們展現出 驚人的忠誠 它們會留在同一 個巢中 並與同一隻伴侶交配 但是他們是如何在數以百計幾乎完全相同的棲息地之中找到自己的居 所和伴侶的呢 這個技巧是因為他 們擁有極其強烈的嗅覺才得以實現的 在喙的上方 這種動 物擁有大而凸出的鼻孔 裡面布滿了許多能夠偵測氣味的神經細胞 細胞的訊號會被 傳送至動物的嗅球 而嗅球位於大腦的前端 這個區域佔據大腦總質量的三分之二 比地球上任何其他物種都多 最後 這些資訊會從大腦皮 層傳輸出去以被解讀和記憶 在南極洲無邊無際的白色世界中 這些鳥類能夠因此偵測到 多種不同的氣味 從伴侶的氣 味到隱藏在海洋中的食物氣味 雪海燕 像許多其他亞南極鳥類一樣 可能已經發展出這種增強的感知能力 作為對特定環境的適應 而這些 環境缺乏視覺或聲學的參考標誌 一般來說 即使在白天 海面有微光的時候 也沒有樹木、河流、村莊或尖塔 沒有道路 許多其他鳥類 例如信鴿 可以利用來幫助引導它們在 航行時的路徑 因此 嗅覺在缺 乏視覺標誌的環境中可以幫助它們 法蘭西斯科·波納多納是研究不同種類信 天翁嗅覺的權威專家 他 在法國南部的實驗室中 他和團隊研究海鴨鴟羽毛的樣本 他們試圖解讀構成個體 嗅覺特徵的分子混合物 這台機器會逐一分離並 分析羽毛表 面的所有組件 鳥類在尾部基部有一個大型腺體 所以如果這是鳥的尾巴 這裡有一個稱為尾脂腺的腺體 這塊腺體分泌蠟質和油脂 鳥類 在梳理羽毛時會將其塗抹在翅膀上 我們透過化學研究發現 某 種鳥類氣味的基礎來源是…… 這個荷爾蒙來自這個腺體 因此我們認為 它們翅膀 上的蠟和油在接觸細菌或光 線後會產生鳥類的氣味 由於每隻鳥產生的成分不同 蠟質和油脂 以及羽毛中的細 菌可能有所不同 這種因素的 組合形成了一種獨特的氣味 用以辨識個體並實現個體識別 根據這項研究 科 學家認為這種個體 氣味部分是寫入他 們的DNA中 並 從一代傳到另一代 研究仍在繼續 以幫助更好地理解涉及的機制和基因 但弗朗切斯科和他的 團隊認為 這讓鳥類 能夠辨識家族成員 以避免近親繁殖的風險 海鴿的嗅覺遠未 完全揭開其秘密 但初步結果顯示出非凡的能力 在南極洲 這些白鳥的陸地與海景 與人類所感知的景象實在是大相徑庭 科學家認為 鸕鶿是透過嗅覺 地圖來辨識方向 這是一種由氣 味構成的陸地與海景 它們可 以從中辨識出海洋中的食物來源 或冰層中的島嶼存在 接近陸地時 每座岩石島也可能有其 特殊的氣味 這取 決於當地的動物種類 從這大量嗅覺資料中 鸟能夠偵測到庇護其族 群的島嶼氣味 然後在 其他動物中定位其同伴 快速飛過其群落後 就能 辨識出伴侶獨 特的氣味特徵 每次我們看到海鷗降落在 巢穴中時 一般來說 最大 的誤差範圍是50厘米 這讓牠們能夠迅速進入巢穴 因為待在戶外很危險 這是因為有飛行的掠食者 像印第安人一樣 它們在夜晚什麼都不做 只是在族群基地的腳下遊蕩 並聆聽顯示牠們食物存在 的聲音 這些食物包括海鴨 以潔淨的冰原或深海為導向 對雪海燕來說不 僅是一大挑戰 所有南 極物種都面臨同樣的問題 這些在冰架上曬太陽的 安靜動物是威德爾海豹 他們雖然看起來不怎麼樣 但在方向感方面卻是高手 這隻年輕的海豹該去第一次游泳了 水獺在水下導向 特別是為 了尋找冰層中的洞口以呼吸 它並不是依靠嗅覺 而 是可能依靠某種第六感 根據專家的說法 這個印章可能具 有探測地球磁場並 用作指南針的能力 這隻海豹也是一名冠軍潛水員 它可以在閉氣狀態下持續一個小時 並下潛至600公尺深 這是一項在南極水域中不可或缺的技能 食物匱乏的地方 為了完成這個壯舉 威德爾海豹在下潛 時肺部完全排空 這與人類的做法相反 這避免了氣體向血 液流動以及當密封裝 置浮出水面時可能導致致命的氣泡形成 但是封印仍然擁有大量氧氣儲備 其第一個儲存庫是血液 比人類多三倍 且含有兩倍的紅血球 脾臟也作為紅血球的儲備 這些紅血球會逐漸釋 放到血液中以增強氧合 肌肉則被用作最後的儲備 幾乎有30%的氧氣儲存在那裡 並在下潛時釋放出來 但要長時間待在水下 海豹也必須節省氧氣 它 的體溫下降 心率降低至 每分鐘15次 與此同時 以正常的速率65 在這些下潛過程中 威德爾海豹消 耗的氧氣幾乎與下午小憩時一樣少 表面上 一組海豹聚 集在冰架上的洞口周圍 這是在長時間潛水後在陽光下小憩的時刻 每年有超過300枚個體的海豹來 到阿德萊德島交配 並生育牠們的幼崽 幾分鐘前 在攝氏零下15度時 這隻可愛的 小海豹出生了 體長 120公分 體重25公斤 母乳含有15倍於 人類母親乳汁的脂肪因此 幼年海豹很快就 絲毫無縫地包覆上一層保護性的脂肪 當嬰兒在六週大時斷奶 它的體重將增加四倍 而且它 將能獨自在冰冷的海洋中生存 其他浮冰上的居民也開始了新的生命週期 這個喧鬧活潑的群落是 當地最常見的動物——阿 德萊企鵝的群落 這些小 鴿子的倒數計時已經開始 他們還有兩個月的時間準備第一 次游泳 直到冰 架完全融化 這很 難想像 這些小鳥看起來如此脆弱 彷彿在父母的羽毛下極其柔弱 但短短30多天後 他們看 起來幾乎就是亂髮的成年人 在出生後的前30天內 小雞的體重 將增加30到40倍 這是非常驚人的 想像一個出生時體重三公斤的嬰兒 一個月後體重達到九十公斤 在里昂實驗室中 達米安·羅 塞爾和他的團隊研究阿德萊企鵝 的生理學 特別是幼鵝的生長 出生時 阿德萊企鵝面臨的挑戰 牠們會長大成年並前往海洋 同時發展 其產熱能力 以抵禦南極氣候 以及它後來必須進入的冷水 真正的挑戰在於這種成長與發展 自主性 產生熱量的過程 必須在孵化後兩個月內進行 在如此極端的極地嚴寒中 這 些小鳥如何在這麼短的時間內成 長並獲得足夠的抗寒能力 為了 找出答案 達米恩和他的同事們 分析了小雞睡覺 時的微小肌肉樣本 左邊是剛出生的企鵝的肌肉 右邊是同一塊肌 肉一個月後的樣子 色彩的明顯改變是一種徵兆 快速的生理變化 研究人員隨後分離出一種特 定分子 生長激素 他們的目 標是確定這種物質在小雞出生 後至兩個月大期間體內的變化 幾個小時後 結果開始在暗 房中顯示出來 就像一張正在 顯影的相片一樣 我們可以 在此看到一些東西 確實如此 看 我用了三組企鵝 分別是出生一天、 十五天和六十天的 六十天 對 就是六十天 當我們測量這種生長激素或其 受體時 會發現出生時組織和 血液中的濃度非常高 然後 在第一個月內 這種濃度水平 前15天逐漸減少 在第30天達到最低點 然後保持低水平 直到雛鳥離巢出海 由於出生時生長激素極為豐富 小雞會以驚人的速度成長 30天內幾乎達到成年體重 隨後會出現轉變 生長激素下降到非常低的水平 雞的生長幾乎完全停止 然後它的能量被用來成熟其肌肉 這時 臉紅並開始產生熱量以抵禦寒冷 透過逐一完成這些過程 阿德利企鵝幼鳥最終 在夏季結束時變得足夠強壯 可以獨自前往海邊 由於這些驚人的策略 是數百萬 年進化所結出的果實 所有這些 動物都完美地適應了它們的環境但在白色大陸上 它們卻是…… 一位在極端環境中表現出全面抗壓能力的冠軍 與在南極洲一個特殊地點 被科學家研究的神秘動物 位於杜蒙日爾維 station 2 000 公里遠的地方 這個地點被命名為麥克默多乾谷 這裡氣候非常乾燥 幾乎從不下雪 這是大陸上少數幾個一年中大 部分時間岩石裸露的地方之一 乾谷是一個令人驚嘆的地方 它讓我想到火星上一片廣闊的沙漠 兩側有高山 冰川從山上流下 這裡有被冰覆蓋的湖泊 然後是一片遼闊的什麼都沒有之地 只有乾燥的土壤和岩石 這看 起來真的像是一片沙漠 看起來像 是個炎熱的沙漠 只是有冰川存在 二十多年來 戴安娜· 沃爾一直前往乾旱谷地研究 當地微小動物的生理學 她的研究對象 數以千計的 乾燥土壤樣本的取樣 一次稱重、再行水合、過濾後 再經 離心機處理 南極地球的 碎片顯示出明顯的居民 這些奇怪的小蟲子在冰箱 裡沉睡幾個月後正逐漸甦醒 它們不到半毫米長 被稱為線蟲 乾燥谷地區有三種主要的物種 這是斯科特尼馬·林斯亞 數量遠遠超過其他種類 以及南極光鰓魚 這是最罕見的歐多拉姆斯企鵝 線蟲是南極土壤中的主要生物 但仔細觀察 也能看到其他生物 這些微小圓形的生物是輪蟲 而且這些生物擁有八隻肥 碩的腳 被稱為緩步動物 所有這些微小生物都是地 球上最強韌物種的一部分 輪蟲、線蟲和緩步動 物可以在其生命週期的 任何階段暫停 並開始脫水 特別是線蟲 你 考慮一隻蟲子這樣移動 它 們會感覺到變得更乾燥 它 們可以收縮 這是一種機制 它們只是慢慢變得越來越小 並減少其表面積 接著他們做的另一件事是 改變其生化途徑 所以他們開始節省細胞膜 他們體內的水分有99% 都會流失 因此不會結冰 線蟲、輪蟲和緩步動物可 以處於極度脫水狀態數個月 甚至數年或數十年 它們 不進食、不繁殖、也不移動 他們滿足於等待更好的日子 然而幾滴水就足以將他們喚醒 這些非凡的抗性機 制究竟是什麼 它們 在南極生態系統中扮演什麼角色 這些 生物還有許多秘密有待揭示 但牠們最 終的適應能力可能成為牠們的致命弱點 在這氣候快速變遷的時代 腳踏實地 我們不知道線蟲需要多長時間來適應 我們不知道這些物種需要多長時間 它們是那種耐寒的物種嗎 利用任何上升或下降的時期 或更長的光線或任何時 期或溫度的時期 還是他 們會說 哇 我只能做冷的 我無法承受這種波動 我的人口將會減少 對於這些微小物種以及所有其他物種來說 未來很難預測 但全球暖化的某些影響已經在 野外可以察覺到 尤其是帝企鵝 關上蓋子 我們會先嘗試關閉圍欄 然後再進行疏散 等一下 請保持這邊打開 今天 克洛德和他的團隊必須捕 捉皇帝企鵝並為 牠們植入電子芯片 這能為每隻企鵝賦予一個獨特的編號 以便於從一年跟蹤到另一年 他的團隊組織井然有序 他們已經為小雞植入晶片七年了 在殖民地的四周 探測器都隱藏在冰層中 每當一隻標記過的企鵝穿越電纜時 它們就會讀取晶片上的資料 這讓我們能夠了解海與殖 民地之間皇帝的來往情形 以及在皇帝一生中我 們所接收到的偵測資料 它使我們能夠測量人口統計參數 例如存活率和死亡率 這有助於我 們了解帝企鵝種群的動態 我們隨 後可以將這些數據 與物理參數相關聯 關於海洋生物 例如 而這將使我們能夠衡量 氣候變遷對 帝企鵝的影響 要提出關於杜蒙德烏維爾帝 企鵝的首批預測 我們將不 得不等待大約10年 這是 要累積足夠資料所需的時間 關於一般人口的演變 這個夏季開始時 這個群落發展得不錯 今年的數字超過2 000隻肥壯健康的小雞 但前兩年的狀況卻大不相同 當準備出海時 僅有 100隻小雞存活下 來死亡率高達90% 遠高於平常的50% 這場災難的起源是什麼 一塊特別廣大的冰原擴展到了 杜蒙·迪維爾附近 因此 這些鳥類不得不遠距離 到海裡尋找食物 而且這些雛鳥因為營養不良而餓死了 氣候變遷每年都在 干擾季節循環和冰量 這肯定是造成這場大屠殺的原因 帝企鵝不是唯一的受害者 2014年 阿德利企鵝也度過了艱難的一季 每年我們從四萬對夫妻那 裡得到四萬到五萬隻小雞 去年一個也沒有 這表 示所有的小企鵝都死了 而且原因和帝企鵝一樣 我們有許多海冰 因此 阿德利企鵝被迫遠行數 十公里甚至數百 公里去尋找食物 牠們的雛鳥因飢餓而死 除此之外 我們正經歷著 一種特殊現象 我們去年 連續七、八天氣溫為正溫 而且有降雨 而通常這裡 的降水是以雪的形式出現 因此 這場雨使得許多小雞很快 就被淋濕 並因寒冷和飢餓而死亡 在氣象學家的記憶中 杜蒙·杜維爾從來沒有 經歷過連續七天的正溫度 且有這麼多降雨時段 這場災難對企鵝來說是預示即將發生 災難的警示嗎 還 是這些事件只是特例 今年收集的數據令人安心 這個季 節情況良好 雛鳥 的成長也相當不錯 從十二月底開始 點地質 逐漸變得人去樓空 海豹、 海鷗、企鵝 一個接一個 全都回到海洋中生活 在完成了一個新的生命週期之後 我們還能繼續學習和 觀看這場演出多久呢 從最具代表性的到最不為人知的 從海洋 表面到深海 所有在 白色大陸上的生物物種 他們位於前線 直接受到持續變化的威脅 專家們都希望這些 寒冷時代的超級英 雄能夠迅速適應這場前所未有的動盪