在那冰冷的南极,地衣怎么生长呢 ?地衣自有生存妙计:它生长所需的水分来自冰雪融水;所需要的营养来自岩石的化学风化物。最近科学家发现,有几种地衣,其假根还可以分泌地衣酸来溶解岩石,这不仅可以固定自己,还可以从岩石中得到营养。地衣还有一层坚硬的表皮,主要用于抵御低温、强风和干燥引起的水分蒸发,同时还顺利地为自己构成了一套特殊供水系统。
3.干燥、脆弱的苔藓
苔藓也是南极洲常见的低等植物之一,大概有 370多种,它们常生存在相对温暖的沿海区域或冰雪融化能提供充沛水源的区域。例如在东南极洲的威尔克斯地和南极半岛的西海岸常见大片的苔藓分布,南极大陆周围的岛屿上分布更为广泛。
苔藓生命力没有地衣顽强,它只有在地衣将岩石表面分解形成薄薄的土壤里才能生长。苔藓的营养主要来源于鸟粪和岩石风化物。但苔藓也有自己的惊人之处。在隆冬季节,它常常变得非常干燥而脆弱,甚至一碰就碎。但只要稍有温暖的气流和水分,它便立刻变得柔软、翠绿,呈现出勃勃生机。
4.南极最丰富的植物——藻类
如果按生物量计算,藻类是南极洲最丰富的植物,种类达 130多种,最为常见的是冰藻、褐藻和绿藻。它们广泛分布于绿洲的陆地地面、岩石表面、石缝、冰雪以及冰雪融化时形成的暂时性溪流和水塘中,特别是在企鹅栖息地流出的溪水中,由于含有丰富的氮、磷营养盐,使藻类生长异常繁茂。鲜绿色的单细胞藻主要生长在岩石表面,蓝绿藻则生长在陆原冰里,红色藻在雪中生长,它可以把白色的雪染成玫瑰色,十分美丽。此外,南大洋中丰富的冰藻还是维持海洋生态系统稳定的重要一环。
北极地区寒风凛冽,气候变幻无常,冬季气温常在 -60℃以下,大部分地区属于永久冻土带。恶劣的环境在很大程度上限制了植物的生长,北极地区的植物种类比热带、温带地区要少很多,但是,相对于南极地区来说,北极没有南极那么酷寒,在北极边缘地带夏季最热月份气温甚至可以达到0℃以上,所以,北极地区的植物种类要比南极地区多,长得也更为茂盛,形成了一个相对丰富、多彩的世界。接下来,让我们一起来认识北极地区的植物吧。
1.北极地区的开花植物
目前,人们已经在北极地区发现了 900多种开花植物,3000多种地衣,500多种苔藓,还有南极洲没有的蕨类植物和裸子植物等。
北极地区的开花植物分布纬度很高。在已发现的 900多种开花植物里,有一半分布在北纬 66°~ 71°之间的阿拉斯加北部以及加拿大北部的岛屿上。在北纬80°左右的格陵兰岛北部地区,甚至还可以看到 90多种的开花植物,而这个地区也成为开花植物在地球上分布纬度最高的地区。
每当北极的夏季来临,到处是鲜花盛开,银莲花、龙胆花、曼陀罗花、熊果花、山金车花和红猴花等点缀在漫漫的沼泽地上,构成了北极色彩斑斓的世界。当我们漫步在夏季的北极草原上时,谁曾想到这些植物只生长在一层薄薄的泥土之上,仅在短短的几十天内就快速完成了自己的生长、开花、结实这一生命过程,我们不得不为它们顽强的生命力而惊叹。
2.北极的苔原植被
如果沿着经线的方向,逐渐走向北极,我们就会发现树木会越来越小,并且越来越稀,直至最后完全被矮小的灌木、多年生禾草、地衣、苔藓等取代,这就是北极地区的植物群落——苔原。作为寒带植物的代表,北极苔原主要分布在亚欧大陆和美洲大陆的北部沿海一带和北冰洋的一些岛屿上,大部分都处于北极圈内。
在北极最常见的苔原植物是苔藓,共有 500多种,它们不怕冷,也不怕干,只要有一片土壤就能生存下去。但在北极分布最广的并非苔藓,而是矮小纤细的韧草,它们不开花结果,而是利用根茎往外扩展,盘根错节,在冻土之上形成薄薄的“绿色绒毯”。夏天漫步在北极的苔原上,还可以看到在风中有不少鲜花在绽放它独有的美丽,这就是虎耳草,当地俗称为“雪绒花”或北极棉花,它顶着白白的绒球是自己的种子长出的毛,这些毛可以帮助种子借助风力进行散布。
苔原植被的生存条件非常恶劣,苔原植被的生长期一年只有 2~ 4个月,在短暂的生长季节里,植物的根也只能在地表大约仅 30厘米的深度内自由伸展,30厘米以下则是坚如磐石的永久性冻土层。为适应恶劣的气候,极地的植物都具有自己的生存技巧。
3.挺拔、高大、针状的泰加林
泰加林带是位于北极苔原的南界林线以南的北方塔形针叶林带(又称亚寒带针叶林带),宽度 1000多千米。从地理位置上看,泰加林在亚欧大陆主要分布在欧洲北部和西伯利亚地区,在北美大陆主要分布在美国的阿拉斯加和加拿大的中南部,是地球上生活在最严酷环境中的森林。
泰加林树木高大纤直,密布成林,但它们生存的地区却是气候干燥寒冷,平均气温低于4℃的时间长达一个月,仅有短暂、温凉的夏季,年平均降水量低于 50毫米,十分干燥。所以,泰加林生长期较短,且大都以抗旱耐寒的松柏类为主,它们的叶片均缩小呈针状,群落结构简单,而且层次分明,这也是对生长期短和低温环境的生理性适应。
在北极地区的众多植物中,最具有经济价值的就是泰加林,它对国家和全球经济有重要影响。北极地区的国家大都是重要的木材出口基地,如木材加工是北欧国家重要的经济活动,而俄罗斯则是世界上最大的工业圆木出口国。此外,泰加林还可以为人类提供各种可食用的植物产品(坚果、野生水果和浆果、蘑菇等)、饲养动物所需的草料和饲料、圣诞树等,人们也可以在泰加林中休闲、打猎、饲养驯鹿等。
南极地区为何没有泰加林?南半球在南纬60°左右,大洋广布,基本没有陆地分布,所以,南半球根本没有泰加林的扎根立足之地,而植被也直接从温带森林过渡到南极大陆的寒带冻原。
早期到茫茫冰原的南极探险的人们,曾在南极洲周围的海水中观察到棕色的海冰层。这些有色层多半分布在海冰的底层,尤其是在船只弄碎的海冰上。当时有人曾把这些棕色层误认为是冻结在海冰上的棕色泥沙。后来,人们对此产生了怀疑,这些泥沙是哪里来的呢 ?在远离大陆的海洋上,显然不可能由风吹来这么多的泥沙。在几十米,几百米甚至上千米深的深海水上层的海冰,更不可能有海底的泥沙冻结,那么这些棕色海冰层究竟意味着什么呢 ?这个谜一直持续若干年,无人揭晓。
19世纪末,航海家才开始采集海冰棕色层的样品,经生物学家鉴定,发现是海洋微型植物,而不是泥沙,但并没有引起人们的注意,也没有进行深入的研究。直到 1963年,澳大利亚海洋生物学家邦特和伍兹才揭开了这个谜,真正回答了这个多年来未解决的问题。他们在美国的麦克默多站附近海域,发现海冰中有一层不易透光层,经打钻、取冰芯样分析,首次分离和鉴定出大量海洋浮游植物,主要是硅藻,并把它称为冰藻。从此,南极海冰中的冰藻引起了人们的注意,许多国家的南极站都相继开展了冰藻的研究。
中国科学家也于 1982年加入了南极冰藻研究的行列,并做出了重要的贡献。他们发现和补充了南极冰藻的优势种,在冰藻的生态学研究中提出了一些新见解,并得到国际上的公认。
冰藻来源于海水,是海水中的浮游植物进入冰层的结果,这是毫无疑问的。那么海水中的浮游植物是如何进入海冰的呢 ?
当南极的冬季来临时,海水开始结冰,海水中的浮游植物通过海水的波动和冻结的物理学过程,被动地、随波逐流地卷入海冰,被冻结在海冰中。甚至深层海水中的浮游植物也会附着在刚形成的冰晶上,并随之上升到近表层,被冻结在海冰中。许多研究表明,在海水的形成过程中,除表层海水迅速冰结,将海水中的浮游植物冻入海冰之外,还观察到冰晶在较深层海水中形成并上升的现象,同时也观察到在这些冰晶上附着有微型浮游植物。这些冰晶上升到一定程度便冻入冰层,因此附着于其上的微型浮游植物也就随之进入海冰了。
海水中的浮游植物通过生物学过程进入海冰层,是中国人首先发现并报道的。这一过程主要依赖于海洋浮游植物的趋光性。当海水结冰时,海冰之下海水的透明度降低,特别是海冰表层有积雪覆盖时,海水透明度的降低更为显著。此时,较深层海水中的浮游植物便主动地向透明度较高的表层海水移动。当接近表层时,很容易通过物理过程被卷入海冰层。这样浮游植物进入冰层的生物学过程又通过物理学过程起了作用。可见,生物学过程是冰藻层形成的重要机制之一。
冰藻在海冰中如何生活呢 ?经研究发现,海冰并不是像人所想象的那样,水气不通,铁板一块,而是有空可入的松散结构。海水在冻结的过程中,形成了许多大小不等,形状各异的孔洞与间隙,其中充满着海水和可溶性气体,人们称之为盐水库,这是冰藻栖居的“世外桃源”。冰藻生长的海冰层是一个特殊的生态环境,它既不同于海水,也不同于一般的海冰,它是一个海水 -冰雪 -冰藻,咸海水 -海水 -冰藻共存的复合体系,三者的相互作用决定着冰藻的命运。
海洋浮游植物是南极海洋食物链的第一环,而冰藻又是这第一环的“种子”。当南极进入冬季,冰藻便像种子一样,贴存在海冰中,安稳地度过漫长而昏暗的寒冬。当南极进入夏季,海冰逐渐融化,使得冰藻被释放出来,并播种到海水中。冰藻一进入海水就像出笼的鸟一样,逍遥自在,分外活跃。它充分利用短暂夏季的明媚阳光和海水的丰富营养中,迅速生长、繁殖,使碧蓝的大海变成绿棕色,从而招来了磷虾等摄食冰藻的浮游动物,同时,也招来许多捕食浮游动物的海鸟和海豹等大型动物。于是,一个庞大的浮冰区的食物链便由此产生。冰藻在南极海洋生态系中是冰区浮游动物的重要营养来源,是食物链中基础的一环。
在南极洲一望无际的冰原上,居住着庞大的企鹅族群,它们占南极地区海鸟数量的85%。企鹅,是这块冰天雪地名副其实的主人。
企鹅的外貌极具个性,背黑腹白,像身着款款燕尾服的绅士;流线型身躯,略显肥胖;羽毛短小重叠,密接呈鳞状,与厚厚的皮下脂肪一起,防冻防水;翅膀成鳍状肢,适宜游泳;趾间有蹼,脚掌短平,到了水下,脚和尾巴一起调整方向。企鹅或者在原地发呆,或者在冰面上笨拙踱步,模样憨态可掬。在南极生活的万年岁月中练就了企鹅不怕冻的能耐,也塑造了它们慢条斯理的个性。然而一旦到了水下,企鹅就会变身矫捷的游泳高手。以帝企鹅为例,它们可潜至 500米深处,憋气 12分钟,自由游弋,穿梭如飞。
从古至今,庞大的企鹅族群不停地繁衍进化。迄今为止,已知的企鹅有 18种。其中,帝企鹅、阿德利企鹅、金图企鹅等 7种分布在南极大陆上,其余 10多种分布在南半球各大洲南部海岸和沿海岛屿上。各个种类的区别主要在于个体大小和头部色型。
对企鹅来说,除狂暴的风雪外,阿德利企鹅生存的最大问题是其他生物的袭击。尽管南、北两极气候环境相差不大,但在北极,威胁企鹅生存的生物种类更多。可怕的北极熊、西伯利亚虎、北极狼和北极狐,都是“笨拙”企鹅无法抵御的敌人。在南极,对付凶残的贼鸥和豹海豹,已经让企鹅力不从心,还怎敢自投北极猛兽那穷凶极恶的罗网 ?
通常企鹅被当做南极的象征,但并不是南极的“专利”。现存的企鹅全部分布在南半球,最多种类分布在南温带。就算是南极大陆的“土著”——企鹅也会跟随寒流向北漂泊。南非南部的沿海岛屿、澳大利亚的东南海岸和新西兰的西海岸,甚至赤道附近厄瓜多尔的加拉帕戈斯群岛上,都有企鹅的踪迹。
自 20世纪 80年代起,企鹅就是挪威国王卫队的荣誉成员和吉祥物。2008年 8月 15日,一只居住在苏格兰爱丁堡动物园的王企鹅“尼尔斯·奥拉夫”获得挪威王室册封,成为挪威历史上第一位长有翅膀的爵士。被册封的爵士身高 1米左右,是第三只以“尼尔斯·奥拉夫”之名担任挪威国王卫队吉祥物的企鹅。它在册封当天还“检阅”了前来看望它的挪威国王卫队士兵。
据英国《每日邮报》2011年 1月 26日报道,摄影师考克斯在南极Riiser Larsen冰架捕捉到了一个异常罕见而又格外震撼人心的场面。照片中成群的帝企鹅俯卧在冰面上,看起来异常痛苦,似乎在为它们死去的幼仔集体哀悼,让人不忍心观看。
考克斯称,虽然目前还很难确定企鹅幼仔成批死亡的原因,但气候变化或食物短缺可能是导致这一悲剧的原因。
在南极还生存着一种企鹅叫王企鹅,王企鹅是企鹅中色彩最鲜艳的一种,同时也是南极企鹅中姿势最优雅、性情最温顺、外貌最漂亮的一种。
王企鹅和帝企鹅是同属、异种,仅在南极洲的浮冰区域内才能发现王企鹅。王企鹅的外形与帝企鹅相似,不过身材比帝企鹅显得“娇小”些。它的体长约为 90厘米,体重为14~ 18千克。王企鹅的嘴巴又细又长,脖子下有鲜艳的红色羽毛,向下和向后延伸的面积较大。