科學也可以如此靠近

關於企鵝拉屎這件事,比你想像中還要有用

5月
15
2019

2019年5月15日17時 今日科學 知乎專欄

知乎專欄

在大眾的傳統印象里,南極洲就是白茫茫的一片。

但事實上,南極還可以是粉紅色的。

阿德利企鵝糞便染紅的雪地,圖中還清晰可見彩色的「企鵝公路」

阿德利企鵝的粉色糞便,正在給雪白的南極大陸上色。

因為企鵝的種群龐大且又拉得多,在太空中我們甚至都能看到這一抹亮眼的粉(或紅棕色)。

不過,先不要為企鵝粉色的糞便而少女心泛濫。若是身在南極,你一定會感到崩潰。企鵝糞便雖然是粉色的,但味兒也依然重口味。

變粉的阿德利企鵝,真香

在磷蝦吃多了的情況下,企鵝的排泄物就變成粉色,或者紅棕色。磷蝦在商業上被大量捕獲,用來生產寵物食品和營養補充劑。在海洋中,磷蝦也餵飽了無數海洋動物。

但磷蝦身上的天然色素——蝦青素,卻染紅了它們的便便。於是,在企鵝群聚集的地方總是一片鮮紅,並伴隨著又腥又臭的企鵝屎味兒。

藍鯨魚每天都會吃掉大量磷蝦,其糞便也會隨之變粉

而臭魚和爛蝦總是一對的,藍色的銀魚也是企鵝的主要食物來源之一。所以,企鵝糞便的顏色也會隨著食譜的改變而變色。

然而,無論是魚還是蝦,企鵝排泄物的腥臭味總能讓人窒息。幾乎每位踏上過南極的人類,將永生難忘這股味兒。大多從南極回來的人類,都會誇獎過企鵝的可愛,以及吐槽過它們屎很臭。

衛星圖像中的企鵝糞便污漬,圖源: DigitalGlobe / British Antarctic Survey

但你別說,這又臭又髒的企鵝排泄物的作用還真不小。

首先,企鵝深色的糞便就能加速冰雪融化,有利於種群繁育後代這件終身大事。

南極的氣溫很低,冰雪總是覆蓋著地面。為了防止自家的蛋寶寶被凍成冰蛋,它們是堅決不能將蛋放置在冰冷的雪地上。這時候,一泡熱乎的糞便就顯得尤為重要了。

企鵝排便,可以將白茫茫的一片雪地被染成粉色乃至褐色。

而深色相對於白色來說,能更好地吸收來自太陽熱量。時間一長,被糞便覆蓋的冰雪,就有足夠的熱量融化了。

所以每到交配季節,這些企鵝就會聚集在一起。他們齊心協力地朝冰面噴糞,為孩子們開闢著育嬰場。

可不要小瞧企鵝噴糞的力量。曾有一份研究表明,一隻阿德利企鵝排空時,腸道產生的壓力是人類的四倍之強。

撅起屁股,身子稍微向前傾,再抬起尾羽,它的糞便就能被投射到方圓40厘米開外。要知道,企鵝的身高也就60厘米左右。

而靠著研究阿德利企鵝排便的壓強,研究人員還獲得了2005年的搞笑諾貝爾獎。

所以說,只要是被企鵝選中的地方,就必然是一大片裸露的岩地。

而且企鵝的繁殖區越大,大便覆蓋的面積也就越大。人類嫌棄企鵝群髒,其實它們還笑人類看不穿。那裡很臭,但對於企鵝寶寶來說已是最溫暖的家。

有動物的地方,就必然有排泄物。反過來,用排泄物來追蹤動物的行蹤,就最適合不過了。

而在南極,企鵝數量又是如此地龐大。在太空中看下去,企鵝深色的糞便就像白色襯衫上的污漬,尤為扎眼。所以企鵝的糞便污漬,也成了科學家研究企鵝種群與棲息地的重要依據。

南極是全球氣候變化的敏感神經,氣候變化會直接影響到企鵝的數量。

但想給企鵝進行人口普查,這項任務是艱巨的。科學家們在環境惡劣、地廣人稀的南極作業,比想像中還要困難。於是,企鵝糞便就成了研究的突破口。

2009年,在對帝企鵝的空中研究期間,研究人員發現地面上一片片龐大的糞便。利用糞便,他們能準確推斷出了企鵝棲息地的位置。從那時開始,科學家們就學會了從空中觀察企鵝糞便,找出更多的企鵝棲息地。

Google Earth下的企鵝糞便污漬

此外,根據企鵝糞便污漬的面積大小,人類還能利用衛星圖像推斷出企鵝棲息地的種群數量。

首先,通過衛星圖片搜索白色冰面上的褐色像素點,以確認企鵝棲息地的位置。然後再通過高清圖片,來對企鵝數量進行觀測與計算。

這種方法,就極大地提高了企鵝相關的生態學研究的效率。科學家不用親臨現場,就能獲得大量有效信息。

衛星圖像中拍攝到的阿德利企鵝棲息地一角

例如,2018年美國石溪大學的生態學教授希瑟·林奇(Heather Lynch)及其團隊,就運用這種方法發現了一個全新的、超大規模的阿德利企鵝棲息地。

大約有150萬隻阿德利企鵝,就在這個遙遠的島嶼群上休養生息。但在這之前,從來沒人在這上面發現過阿德利企鵝。

發現150萬隻阿德利企鵝的「危險群島」(Danger Islands)在南極地圖中的位置

即使在南極的夏天,這個島嶼群周圍依然環繞著一圈厚厚的海冰。所以,這個群島也因此得名「危險群島」(Danger Islands)。

可謂遠在天邊,近在咫尺。因為危險和太難到達等原因,幾乎很少有研究人員會登島造訪。出於同樣的理由,科學界也沒想到個頭不大的阿德利企鵝,竟能夠到達這片「荒蕪之地」。

研究人員登上危險群島

也就是說,在這之前的幾千年里,根本沒人知道這島上竟還有這麼多企鵝。直到衛星地圖檢測到了該島上不尋常的褐色像素點,這150萬隻阿德利企鵝才首次被人類發現。

當時,希瑟·林奇及其團隊已開發出了一種自動化檢測算法,能夠自動標記圖片中的不同像素。在這之前10個月裡,他們已對南極洲大陸每一個無雲衛星圖像進行了檢測。

而150萬隻阿德利企鵝是什麼概念?這已是南極半島其他地區總和的一半。對於現代社會來說,這是件令人難以置信的事情,無異於一次「地理大發現」。

自20世紀90年代以來,阿德利企鵝的數量就一直穩定地減少。因為一直無法確定原因,大家都在為這些小可愛的命運而擔憂。所以在公布該消息時,人們自然為此感到興奮與激動。過去一直在緩慢下降的種群數量,一下就被隱匿在「危險群島」上的阿德利企鵝拔高了。

危險群島上密密麻麻的阿德利企鵝

如果你對尋找企鵝屎感興趣,還可以親自通過google earth的衛星地圖體驗一番。

為了揪出南極洲的所有企鵝棲息地,希瑟·林奇教授及其團隊還發起了MAPPPD項目。而這個項目又名「看便便找企鵝」。他們希望靠群眾的力量,再結合衛星圖像來找出企鵝的種群信息。而他們還堅信,過去的搜尋中肯定存在著許多漏網之鳥。

但談到糞便,萬變不離其宗的便是其作為「肥料」的用途。而企鵝的糞便,其實也滋養了整個貧瘠的南極大陸,養活了許多小動物。

企鵝糞便里,蘊含著碳、氮和磷等各種豐富的養分。有了這些便便,南極生物才能呈現出現在的多樣性與活力。只是在過去,科學家都一直忽視了企鵝糞便的力量。

最近一項研究發現,企鵝便便對生物多樣性的影響範圍可達1000米。越靠近企鵝棲息地的區域,整個食物鏈就越充滿活力。

其中受益最大是土壤。企鵝糞便部分蒸發成了氨,然後被風吹到內如進入土壤。這便為初級生產者提供了足夠的氮。據研究人員統計,每平方米土壤中有數百萬無脊椎動物。這物種豐富度,相當於其他區域的八倍。

企鵝是南極的頭號營養師,其糞便更是其他小動物的大救星。所以除了可愛,企鵝並非就一無是處,至少需要承認它們還「又臭又有用」。

*參考資料

Victor Benno Meyer-Rochow,Jozsef Gal.Pressures produced when penguins pooh—calculations on avian defaecation.Polar Biology.2003.12

Jason Daley.Adelie Penguins Poop So Much, Their Feces Can Be Seen From Space.Smithsonian.2018.12.13

Multi-modal survey of Adélie penguin mega-colonies reveals the Danger Islands as a seabird hotspot.nature.2018.03

Influential excrement: How life in Antarctica thrives on penguin poop.2019.05.09


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