第一章 一切皆变

生活习惯和思维习惯的一切改变都令人厌烦。

——托尔斯坦·凡勃伦《有闲阶级论》（1899年）

未见其形，先闻其声，两只鸟发出尖利聒噪的声音，从我头顶飞过，就像两只发狂的公鸡。噪声没完没了，我忍不住纳闷儿：怎么会有精神正常的人想在自己的房子里养这种鸟？然而，宠物交易的需求已经使大绿金刚鹦鹉从一个常见物种变成了濒危物种。我花了三年时间，研究它们在曾经的最佳栖息地的主要食物来源，不过，如今为了看到一只金刚鹦鹉，就需要花两天时间野外旅行，搭乘巴士、内河小船，最后还得来个机动独木舟才行。因此，当两只鸟突然从树顶腾起、飞越河面时，我感到了一种期盼已久的时刻终于来临的激动，我立刻明白了宠物爱好者为什么愿意忽略所有的吵闹扰攘。即便离得有点远，还是可以看到金刚鹦鹉那绚烂的绿色羽毛在阳光下闪耀，带着深红、栗色和棕色的波纹，嵌入宽大的蓝色羽翼，仿佛从天空到河流到雨林，目力所及的每一种颜色都被提取了出来，复现在它们的羽毛中。

我心满意足地看着这些鸟儿从河的尼加拉瓜一边飞到哥斯达黎加一边，越过一行低矮的山峦，不见了踪影。瞥见鸟儿重新安家的证据，似乎很适合为我的中美洲研究画上完美句号，本来这个研究也是想鼓励鸟儿重新安家的。不过，我并不是直接研究金刚鹦鹉的，我的工作显示，榄仁木——这种树的果实像杏仁一样，是这些鸟的食物——能够在彼此不相连的小片的森林中无限生存和繁衍，通过蜜蜂勤劳的授粉工作实现远距离彼此连接。这项研究发现推动出台了一部保护哥斯达黎加东部低地榄仁木的新法律，在那里，放牧和水果种植使雨林被牧场、道路和庄稼隔开，变得四分五裂。人们希望，只要留下合适种类的树，金刚鹦鹉就能回来，从它们在北边的栖息地——尼加拉瓜自然保护区（我去一趟可真是大费周章）重新回到老地方。事实证明，这一进程目前进展得还不错。未来几年，会有成百上千的鸟儿像我亲眼见过的鸟儿一样，穿越圣胡安河向南飞，让大绿金刚鹦鹉再次成为哥斯达黎加一些地方常见的鸟类（嗯，还有常听见的声音）。人们会简单地把这件事当成一个动物保护的成功故事来讲——返回的鸟儿不仅在榄仁木中寻找食物，还在树木巨大的树洞里筑巢、养育雏鸟。不过科学家们很快意识到，金刚鹦鹉和它们最爱的树的命运，其实是另一件事的更好例证，这件事不仅完全不同，还更重要。

回想起来，我发现“气候变化”这个词并没有单独出现在与我的榄仁木研究有关的诸多建议书、报告和同行评议论文中。当时，这个词似乎与这么一项具体、本地化的生物研究没什么关联性。但是，在研究过程中，我确实得到过一个具有启发性的提示，是同一个野外工作站的另一位科学家随口提到的。她的数据显示了榄仁木如何通过提高呼吸率来应对炎热天气，“呼吸”就是植物将氧气纳入细胞的过程。从某种意义上说，这些树木正喘得厉害。在一个变暖的世界里，这个迹象和其他一些应激迹象并不是好兆头，后来，气候建模师开始对中美洲进行预测，很明显，榄仁木处在极其险恶的环境中。一个专家告诉我“你研究的树可能不等21世纪过完就灭绝了”，还解释说，如果这个物种的分布范围向海拔更高、温度更适宜的地方移动，它就有可能存续下去。突然，一种几乎是事后想法的发现成了我最重要的工作成果——大型果蝠可以将榄仁木的种子散播到800米甚至更远之外。对于抗击炎热来说，这样够远够快吗？蝙蝠会向正确的方向移动吗？榄仁木能在已经满是树木的海拔更高的森林里站住脚吗？这一切对金刚鹦鹉意味着什么（它们也许会径直飞往凉爽的北方，而不受限于种子散播的缓慢速度）？金刚鹦鹉和榄仁木的故事表明的不是鹦鹉和树之间的简单对应关系，而是一个体现了不确定性的案例，也是不断变化的地球的象征。

作为一个生物学家，也许我不应该对榄仁木突如其来的困境感到惊讶。毕竟，变化位于进化的中心，而演化又是生物学的中心。“进化”（evolve）这个词本身就来自一个拉丁词，原意是“展现”，每个有机体都是这种不断变化的产物。物种诞生，不停地适应，产生新的事物，直到最后消失，而周围的世界还在继续。即便榄仁木未能抵达山脉下的丘陵地带，全部消失了，这也是十分正常的；灭绝是所有物种的宿命。虽然明知如此，但一想到我研究的这个大块头——这种树的直径差不多有10英尺 长——可能很快就会消失，还是让我觉得头晕。这倒也不只是多愁善感或单纯的惊讶，抗拒改变是人类心理的一大特征。专家认为，这与我们在熟悉的环境中会产生本能的舒适和安全感，以及我们对社会凝聚力和一致性的需求有关。所以才会有卡通人物荷马·辛普森（Homer Simpson）的台词所精准传达的那种情绪：“不要新的破玩意儿！”

我当然不是第一个被环境变化的想法搅得心烦意乱的人。在人类历史的大部分时间里，人们更愿意完全摒弃“变化”这个概念，而认为自然界是永恒不变的。当然，季节会更迭，干旱或洪水也会偶尔来袭，但其中的土地、海洋和生物都还在。希腊哲学家巴门尼德甚至证明变化是不可能的。他辩称：没有什么能无中生有，也没有什么能出自已经存在的东西，因为“存在者存在”（what is...is）。

亚里士多德发现这个论点还有些可商榷的余地，他提出，物体有可能改变种类，但基本的要素仍持续存在。比如，一颗橡实可以长成一棵橡树，铜可以熔化铸成雕像。这些说的都是日常生活中可以遇到的明显的变化过程，并没有挑战那种绝对的自然观。亚里士多德还提议按照严格的等级制度组织自然界，按照他的想法，植物等较为简单的种类要放到底层，动物（还有希腊哲学家）这类更高级的事物则要放到顶层。

后来的学者欣然接受了这个概念，还进行了发挥，在这个等级阶梯上给各种各样新发现的物种找位置，后来还加入了贵金属、行星、恒星这类东西，甚至还有各种天使。这种范式持续了近两千年，后来还在伟大的分类学家卡尔·林奈开创的分类体系中得到了回应。林奈在1737年写道：所有真正的物种“都已经被自然界固定的限制规定好了，无法超越”，它们的数量“现在是一样的，以后也永远是一样的”。不过，就在林奈写下这些话的时候，新的思想已经在动摇旧世界观的根基。恰好，有一些来自石头的证据证明，变化不仅是普遍的，实际上还是自然界的原动力，而石头一直被放置在亚里士多德等级表的最底端。

应该很少有人能读完詹姆斯·赫顿（James Hutton）1795年出版的巨著——1548页的《地球论》（Theory of the Earth），更不要说他那本2193页的《知识原理》（Principles of Knowledge）了。不过，即便这个苏格兰人的长篇大论如此令人生畏，也无法掩盖他著作中地质学主题的威力——大陆和岛屿的基岩在不断的侵蚀和沉积中形成，由地热得到巩固和抬升。与静态景观说不同，他提出了进行中的“世界更迭”说，而这种更迭是在漫长的时间里逐渐展现的。这在当时是一种很激进的观点，但是大不列颠激增的矿井却不断爆出充分的证据来支持这种观点。工业革命对煤炭和金属的需求无意中打开了通往“深时”的一扇窗，那些“有故事”的层层基岩由此暴露了出来。有些基岩中包含海相化石，证明了赫顿关于岩石（哪怕是那些在丘陵山区高处发现的岩石）是由海洋沉积物形成的观点。还有些石头里带有奇怪植物或陌生动物的遗骸，这说明在遥远的过去，生命和景观看起来是非常不同的。这就提出了一个显而易见又很麻烦的问题：这些物种去哪儿了？

当时，灭绝还只是一个纯粹的假设性概念，直到法国博物学家乔治·居维叶开始思考大象的问题。在赫顿推翻了地质学中的永恒观念后不久，居维叶就瞄上了生物学中的永恒观念。他对象牙化石进行了十分细致的研究，发现各类乳齿象和长毛猛犸象是极不相同的大象——不仅是彼此不同，而且与当时所有活着的大象品种都不同。他把它们称作“遗失的物种”，因为大象体型巨大，不可能看不到，所以质疑者很难争辩说猛犸象和乳齿象仍然存在于某个地方，只是人们还没注意到。[有趣的是，乳齿象爱好者、第三任美国总统托马斯·杰斐逊还让1804年的刘易斯与克拉克远征队（Lewis and Clark Expedition）队员彻底搜寻美国西部，看看有没有“可能被认为稀有或灭绝的”动物。]居维叶将职业生涯的其余时间都用于彻底阐明自己的观点，描述从龟和树懒到翼手龙的所有灭绝种类。不过，他最经得起时间考验的贡献是，他发现物种并不是一个接着一个消失的。有时整个群落在化石记录中一下子都消失了，被更浅、更年轻的岩层中非常不同的生物群所取代。这就是他挑战赫顿地质学渐变说的著名观点，居维叶认为古代景观（及其所有栖息动物）遭到过一系列洪水或其他灾难的数次毁灭。这个理论作为一个通用理论，被命名为“灾变说”，最终被推翻了。正如赫顿所指出的，除了偶尔的地震或火山爆发，大部分地质进程其实是很缓慢的。不过，居维叶的化石表明，灭绝事件至少偶尔是很突然、范围很广的——这是第一个说明自然界能够发生迅速改变的迹象。这个观点让下一代最伟大的博物学家也纠结了很长时间。

赫顿和居维叶的理论不仅挑战了科学教条，还挑战了宗教规范，引发了数十年之久的争论。很多学者用宗教论据予以反击——如果岩石里有海洋生物的踪迹，那么它们一定是形成于大洪水期间，那些陌生的化石都来自当时没有登上方舟的生物。还有些人接受了古老世界的概念，但是对岩石的形成、化石的起源以及导致一个地质年代转向另一个地质年代的原因提出了不同的理论。此类争论令年轻的查尔斯·达尔文十分着迷，他在职业生涯早期花了大量时间研究地质学。他自称是赫顿观点的“狂热门徒”，当时赫顿的观点已由19世纪伟大的地质学家查尔斯·赖尔（Charles Lyell）（他也是达尔文的好朋友）进行了推广和扩充。达尔文在他的“小猎犬号”航行期间，收集了几千块化石和岩石标本（经常以牺牲动物学研究为代价），他还希望去加拉帕戈斯群岛，那会儿倒不是冲着达尔文雀族去的，而是因为“那里有很多活火山”。后来，他利用化石证据为自己关于物种形成的思考提供支持，阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士（Alfred Russel Wallace）也是如此。二人于1858年联名发表了关于自然选择进化的论文（次年，达尔文的《物种起源》发表），这对生物学而言，就像赫顿对地质学所做的事一样——都是将变化作为基本要素，并为其赋予一个令人信服的机制。但他们二位都认为变化的速度是缓慢、递增的，与当时认为侵蚀和沉积这类地质学力量是渐进性质的新兴共识形成了巧妙的互补。直到一个多世纪之后，生物学家们才开始意识到，在环境中，在演化中，在两种力量互动的过程中，变化可能会发生得很快。这一次又是这样——最初的发现不是来自对现代生物的研究，而是来自对石头、化石和巨大时间跨度的理解。

1971年，两位崭露头角的古生物学家在美国地质学会的年会上提出了“间断平衡”（punctuated equilibrium）这个词。奈尔斯·埃尔德雷奇（Niles Eldredge）和斯蒂芬·杰·古尔德（Stephen Jay Gould）从研究生时代开始就是朋友和合作者，他们当时是要从一个新颖的角度回答长期困扰古生物学界的一个问题：消失的环节在哪里？如果进化真的是缓慢、渐进的过程，那么不是应该有很多过渡物种的化石记录吗？然而，化石物种却往往出现得很突兀，然后又持续留存在数千年甚至数百万年的岩层中，几乎没什么变化。达尔文已经注意到了这个问题，称之为“可以用来反对我的理论的最明显、最严峻的异议”。他在《物种起源》中用了一整个章节来解释“地质记录的极度不完美”，后来的人都依赖这种解释。由于岩石只能在恰当的条件下形成，而且只有很少的一部分岩石含有化石，所以绝大部分物种（以及过渡物种）没能被记录下来。在达尔文令人难忘的描述中，他写道：“我看着天然的地质记录，仿佛一部没能完好保存下来的世界历史……只有零星的短章节留了下来；在每一页上，也只有零星的几行字。”埃尔德雷奇和古尔德没有质疑地质记录的局限性，但他们提出了过渡化石罕见的其他可能原因：快速进化。如果新物种是在迅速变化中出现，而不是在亿万年期间慢慢兴起的，那么，从地质学角度看，就没有时间让物种间的转化留下痕迹。

间断平衡论挑战了进化思想，但并未挑战进化论——自然选择和所有其他基本的达尔文原理仍然适用。不一样的只是速度。快速的活动突然出现（“间断”），然后是长期的稳定（“平衡”），这样的过程可以解释从三叶虫到马匹的所有物种的化石记录，支持者们开始广泛运用这种解释。批评者认为埃尔德雷奇和古尔德夸大或错误解释了他们的案例，把可能只是渐进体系中一些并不重要的断断续续给夸大了。这种争论还在继续，但无论这种模式是常见还是罕见，无论它到底是由什么造成的，间断平衡论都引入了一个重要的观念，那就是：演化的变化速度是有快有慢的，至少在某些时间里，变化是突然发生的。

在两个世纪的时间里，科学界和大众的自然观逐渐转变，从自然是固定不变的到自然是一小步一小步缓慢改变的，再到自然能够迅速突然转变。生物学家发现自身的职能也相应扩大了。他们不再简单地进行物种分类，而是开始破解这些物种的历史和它们的关系，开始寻找进行中的演化有什么可衡量的迹象。动植物对周边环境如何反应？对彼此如何反应？是什么使一些物种有足够的适应力可以存续数百万年，而另一些物种（如榄仁木），似乎一点微小的变动都会令其受到伤害？是哪些条件激活了物种灭绝和演化速度的变化？所有这些问题都是随着另一种不断加强的认识逐渐提出的。在对全球各生态系统进行的一项又一项研究中，人们发现，有一个物种是促成变化的最重要的行为者。

传统的自然观没有考虑人类行为影响的重要作用。耕作、狩猎、伐木等活动可能会造成损害，但这些代价被视为仅限于一时一地。比如，纪功柱上描绘罗马皇帝图拉真（Trajan）征服达西亚的浮雕图案显示，树木繁茂的王国被夷为平地，野生动物都被抓起来献给获胜的军队。不过其中暗含着这块丰饶之地还会很快恢复原状之意——不然的话，达西亚又有什么好征服的呢？中国古谚云：“留得青山在，不怕没柴烧。”直到19世纪，人们才开始认识到，谚语里说的那些山也并不是取之不尽、用之不竭的。工业化、城市化和人口增长都会带来人们可以直接感受到的环境问题，从空气污染和水污染，到缺少野生动物、耕地，还有木柴（没错！）。过度捕杀让物种是否会灭绝这个问题不再有争议，捕杀清除了旅鸽和大海雀这类常见物种，还有渡渡鸟这类备受瞩目的奇特物种。1819年，德国博物学家和探险家亚历山大·冯·洪堡（Alexander von Humboldt）警告称，砍伐森林会“为后代制造灾难”，但当时的大多数人还持怀疑态度。而到了19世纪末，全球各国政府已经开始自然而然地留出公园、森林保护区和野生动物保护区了，越来越多的公民团体在为保护环境游说。而且，冯·洪堡的另一个见解也暗指了我们现在的困境，他说，工业中心释放的“大量气体和蒸汽”正在改变气候。

要说清楚的是，冯·洪堡只是将工厂的排放视为一个地方性问题，认为其有可能会把热聚拢在大城市及其周围。他认为，更宏观的气候趋势取决于地理因素、盛行风以及其他“文明不会产生巨大影响的”因素。但是，随着工业化的推进、空气污染的加剧，越来越多的人开始思考文明的影响到底有多大。下风向对健康的影响促使欧洲和北美各地出现了“烟雾防治”协会，在19世纪50年代，一项对英格兰曼彻斯特尽人皆知的昏暗天气进行的研究证实，燃烧高硫煤导致了酸雨。与此同时，物理学家认定水蒸气和各类气体有吸热的能力，确认了它们具有调节大气温度的作用。几十年后，瑞典化学家、物理学家、诺贝尔奖得主斯凡特·阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）把所有线索归结到一起，提出人类对“煤炭、汽油等的消耗”确实可以改变气候——不只是在一地的范围，而且是对整个地球都有影响。他预测“空气中的二氧化碳百分比每增加一倍，空气就会令地表温度上升4度”。但是，不知道是出于乐观，还是因为怀有人定胜天的信念，或者就是因为他生活在寒冷的瑞典，阿伦尼乌斯觉得这种气温上升听起来挺棒的。他提出，人类诱发的气候变化会带来更好的天气和更高的庄稼收成，还有助于暂时避免再次出现冰期。

当阿伦尼乌斯在1896年发表他的气候预测时，很少有人重视，半个多世纪之后，才出现了足够精确的设备来对这些预测进行测试和完善。但随着二氧化碳水平和全球气温开始明显一起升高，阿伦尼乌斯假定的基础要素成为气候科学的奠基石。不过，现代的研究者并不认同他对结果的乐观展望，而且，有一个关于气候变化的问题，这位富有远见的瑞典人显然是搞错了，那就是气候变化的速度。阿伦尼乌斯在斯德哥尔摩的一个公开论坛上阐述自己的发现时，曾告诉观众：人类活动会令3 000年后大气中的二氧化碳增加一倍。按照现在的排放速度，我们不到30年就能达到这个标准。地球的变化能力再一次超出了我们的预期，这让21世纪的科学家都不再问“突然的转化是否有可能发生”这种问题了，他们考虑的是，我们是否在经历这样的转化。

在人类思考自然的历史中，快速变化的概念仍然是一种相对较新的观念。这就是为什么当下如此关键、如此充满惊奇。现代气候变化将理论上的抽象变成了突如其来的现实，将过去全球巨变中很多塑造生命和景观的过程充分展现了出来。由于这本书要讲物种如何反应，所以我们不会讨论因果关系的复杂性（和争议）。毕竟，动植物不关心地球为何在变暖，即便这是自然趋势，它们的困境也还是一样。但是，气候变化的祸首（人们经常提到但是很少加以解释）需要进一步研究。

身为从事野外工作的科学家，我习惯于研究我能看到的事物。我愿意奔波好几天，只为去看珍稀鹦鹉飞越一条河，因为我知道直接的观察总是有助于我思考、理解、提出更好的问题。不用说，如今气候变化的结果已经在自然界中非常明显了——这就引起了一个很基本但经常被忽略的问题：到底什么是二氧化碳？还有就是，在哪儿能找到二氧化碳呢？