近段时间，芬兰图尔库大学亚北极生态学教授卡里·塞科宁（Kari Saikkonen）及其团队，在国际期刊《一个地球（One Earth）》发表了一篇研究报告《极端极地光照、种间杂交与光敏微生物如何共同塑造全球生物多样性》。该研究提出，地球南北极独特的极昼与极夜光环境，可能通过形成环极杂交区（circumpolar hybrid zones），促使物种繁殖物候同步化，从而在数百万年尺度上维持生物多样性。
冰峦映水
研究团队认为，地球极地地区独特的光照条件，形成了一种环绕北极和南极的特殊生态区域——环极杂交区域。在这一区域内，极端的光照条件作为一种强大的自然选择压力，迫使物种的繁殖物候（即繁殖周期与时间的适应性）趋于同步化。这种同步化机制将所有物种的繁殖期压缩至狭窄的时间窗口内，使得不同物种之间能够更频繁地发生杂交，从而促进了遗传物质的交流与重组。
地球昼夜长度有着这样的特点：赤道地区全年昼夜长度保持相对恒定，为生物提供了稳定的光照环境；从赤道向两极，昼夜时长的季节性变化逐渐增大；而在接近极地地区，这种季节性变化就变得十分显著。在南北极圈内，夏季会出现长达数月的“极昼”，即太阳连续不落；冬季则会经历连续多月的“极夜”，即太阳始终不升。这种独特的光周期特征，不仅影响着极地生物的生理节律和行为模式，更是塑造极地生态系统结构和功能的关键环境因素。
“我们理论的核心在于，两极极端的光照环境可能在极地形成特殊的生物杂交区。”塞科宁说道。“这一发现挑战了传统生物地理学的认知边界，更为我们理解全球生物多样性的形成与维持机制提供了新的视角和思路。”
在南极乔治王岛收集植物样本
昼长对杂交的影响
与温度不同，昼长是一个稳定的环境因素。它在各个纬度之间有规律地变化，但不受当地或全球气候的影响。这种恒定的环境信号，为众多生物体，尤其是依赖光合作用的植物和微生物，提供了可靠的生态时钟。这些生物体已进化出精妙的生理机制，能够精准感知昼长的季节性波动，并据此调控自身的生命活动周期，其中繁殖行为尤为显著。光，作为昼长变化的直观体现，成为生物体启动繁殖程序的关键信号。在极地等特殊光照环境下，增加了相近的植物种类开花同步的可能性，这反过来又为物种杂交创造了机会。
杂交是指一种生物与其他物种或品种进行繁殖的现象。杂交可以是人为的，例如在许多农作物中通过杂交获得特定的理想性状；也可以是自然发生的，当物种彼此靠近并具有足够的生物兼容性时就会出现。
乔治王岛南极洲的企鹅
“尽管杂交在几乎所有生物群体中都很常见，但它作为维持生物多样性的力量尚未得到充分理解。杂交还可能涉及回交，即杂交个体与原物种个体交配。这使得基因可以从一个物种转移到另一个物种，同时创造出适应不同环境条件的新基因组合”赛科宁说。
在低纬度地区，昼夜长度的季节性变化幅度较小，光周期波动相对微弱。这种环境特征波动既不足以导致物种复合体内不同遗传种群、亚种或变种间繁殖期的重叠，也难以有效促进种间杂交现象的发生。然而，正是这种相对稳定的生态环境，为生物体的长期演化提供了稳定的背景条件。
“在地球气候冷暖周期交替过程中，物种分布的纬度变化会让它们不断经历隔离和接触。这种变化促使物种基因混合、分化，经过漫长的地质时期的积累，最终催生新的生物多样性。”赛科宁解释道。
加拿大的冰景
微生物的生态价值
从生命起源开始，微生物在塑造生物多样性过程中始终发挥着核心作用，时至今日，仍是维系和促进全球生物多样性的关键力量，如同隐匿于生命背后的无形巨手，悄然操控着生态的平衡与变迁。
赛科宁特别指出：“微生物无处不在。越来越多的证据表明，由于其生命周期短，它们能够在短时间内完成多代繁衍，这使得它们具有极高的适应潜力。许多微生物对光极为敏感，这使得它们具有极高的适应潜力，几乎会影响所有动植物的生存状态。鉴于所有动植物都拥有丰富的微生物群落，我们应将它们视作一个整体。”
在最新的研究中，研究团队系统地论证了光敏微生物如何协助植物适应极地的特殊环境。极地的特殊气候条件，包括低温、强辐射、漫长的极夜与短暂的极昼等，这些因素使得植物在极地的生存与繁衍困难重重。而光敏微生物凭借其独特的光感知能力与生理调节机制，为植物提供了关键的生存支持。它们能够感知微弱的光信号变化，并迅速做出响应，通过分泌特定的化学物质或调节植物体内的生理过程，帮助植物更好地适应极地的光照条件。
人们在格陵兰岛上踢足球
极地生态系统的气候危机
气候变化和生物多样性丧失，已然人类历史上生态系统和生态系统服务面临的最大全球性威胁之一，如同两把高悬于地球生态之上的达摩克利斯之剑。目前，地球极地地区的变暖速度正以前所未有的态势加剧，其升温速度竟是地球平均升温速度的2-4倍。这一惊人的变化速度，使得极地的生态环境面临着前所未有的挑战。
“气候模型预测，北极海冰将在20世纪末融化。同期，南极洲的无冰面积将从现在的约2%增加到近25%，”赛科宁教授忧心忡忡地表示，“仅西南极冰川的融化就可能导致海平面上升5米，威胁全球10%的人口以及未来数十年甚至数百年的沿海海洋生态系统。”
极地既是气候敏感区，也是冷适应物种最后的避难所。然而，随着适宜生境的逐渐消失，物种向极迁移却遭遇了“灭绝电梯”效应。当物种被迫迁至极区时，由于极地生态环境的承载能力有限，以及物种自身对极地环境的适应能力不足，这些物种仍无法逃脱消亡的命运。
研究人员对传统的以物种为核心的生物多样性讨论发起了深刻挑战。他们认识到，生物多样性并非仅仅局限于物种层面，生物的遗传多样性以及动植物体内重要微生物群落的价值同样不容忽视。
“我们认为，从长远来看，生物多样性可以在受到干扰和物种大量灭绝后得到恢复，但生态系统将重组为新的物种组合。这就需要我们更加关注确保充足的遗传多样性、物种多样性以及物种间相互作用的潜力，以此来支持未来的生物多样性发展，并维持生态系统的功能和服务。因此，应对气候变化驱动的生物多样性丧失至关重要。”赛科宁强调道。
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