季節(jié)的變換，遠(yuǎn)比想象的復(fù)雜

人們常常覺(jué)得一年四季——冬、春、夏、秋——是理所當(dāng)然的。四季設(shè)定了生命的節(jié)奏。包括人類(lèi)在內(nèi)的生物，都會(huì)調(diào)節(jié)年度的活動(dòng)時(shí)間，以適應(yīng)全年不斷變化的資源與環(huán)境條件。

然而，在一項(xiàng)新發(fā)表于《自然》雜志的研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用全新的衛(wèi)星觀測(cè)法追蹤季節(jié)性生長(zhǎng)周期，發(fā)現(xiàn)這種看法過(guò)于簡(jiǎn)單化了。

在這項(xiàng)研究中，研究人員首次對(duì)地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的季節(jié)周期進(jìn)行了細(xì)致而全面的描繪，揭示了全球范圍內(nèi)存在季節(jié)性不同步的“熱點(diǎn)”——在這些地區(qū)，相鄰地點(diǎn)的季節(jié)節(jié)律可以表現(xiàn)出不一致。進(jìn)一步的分析顯示，這些時(shí)間上的差異會(huì)帶來(lái)意想不到的生態(tài)、進(jìn)化，甚至經(jīng)濟(jì)層面的影響。

從太空觀察季節(jié)

不同的植物群落在一年中的生長(zhǎng)節(jié)律上存在顯著差異。這樣的差異并不是偶然的，而是植物在進(jìn)化過(guò)程中將自身的生命周期適應(yīng)于不同陸地環(huán)境所共同塑造的結(jié)果。換句話(huà)說(shuō)，植物的開(kāi)花、結(jié)果、落葉等時(shí)間安排，因環(huán)境的不同（氣候、土壤、水分等）而表現(xiàn)出巨大的多樣性。

這種由植物年度生長(zhǎng)節(jié)律差異所形成的時(shí)空格局，被稱(chēng)為地表物候?qū)W（Land Surface Phenology）。這是一門(mén)自古以來(lái)就有人類(lèi)觀察記錄的學(xué)問(wèn)，它能傳遞豐富的生態(tài)生理學(xué)信息，不僅揭示了生物氣候與植物功能之間的關(guān)系，還展示了人類(lèi)土地利用對(duì)這一關(guān)系所造成的改變。

為了理解植物的生長(zhǎng)節(jié)律，傳統(tǒng)的方法通常假設(shè)植物的生長(zhǎng)季周期是單一、清晰的。這樣的方法雖在冬季嚴(yán)寒的高緯度地區(qū)（如歐洲、北美）適用，但在熱帶或干旱地區(qū)則難以奏效——因?yàn)樵谀切┑胤剑参锏纳L(zhǎng)往往會(huì)在一年中都存在持續(xù)而微妙的變化，沒(méi)有明確的“生長(zhǎng)季”。

現(xiàn)在，衛(wèi)星讓科學(xué)家得以從太空角度監(jiān)測(cè)物候。在新的研究中，研究人員通過(guò)分析20年的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，繪制出了更精準(zhǔn)的全球植物生長(zhǎng)節(jié)律地圖。

令人驚訝的模式

這次，研究人員除了發(fā)現(xiàn)符合預(yù)期的規(guī)律（如高緯度和高海拔地區(qū)的春季推遲）之外，還發(fā)現(xiàn)了意想不到的模式。

例如，其中一個(gè)令人驚訝的模式是，在加州、智利、南非、南澳大利亞和地中海沿岸這五大全球地中海氣候（冬天溫和潮濕，夏天炎熱干燥）區(qū)，森林生長(zhǎng)通常呈現(xiàn)“雙峰”模式，而且比其他生態(tài)系統(tǒng)的峰值晚約兩個(gè)月。同時(shí)，這些地區(qū)與鄰近旱地（夏季降水更常見(jiàn)）在植物生長(zhǎng)時(shí)間上存在顯著差異。

全球植物生長(zhǎng)的平均季節(jié)節(jié)律。每個(gè)像素展示了植物在一年中從最低生長(zhǎng)水平（棕褐色）到最高生長(zhǎng)水平（深綠色）的變化。（圖/Terasaki Hart et al. / Nature via The Conversation）

這種復(fù)雜的季節(jié)性組合，解釋了這項(xiàng)研究的一個(gè)核心發(fā)現(xiàn)：地中海氣候區(qū)及其鄰近旱地，是季節(jié)節(jié)律差異最為顯著的地區(qū)，即季節(jié)性不同步的“熱點(diǎn)”地區(qū)。換言之，在這些地方，相距不遠(yuǎn)的地區(qū)，季節(jié)節(jié)律就可能截然不同。

季節(jié)節(jié)律不同步的熱點(diǎn)：較亮的顏色代表季節(jié)性活動(dòng)時(shí)間在短距離內(nèi)存在顯著差異的地區(qū)。（圖/Terasaki Hart et al. / Nature）

研究人員還觀察到，全球其他的熱點(diǎn)多出現(xiàn)在熱帶山地。那些地區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜的物候模式，可能與山脈影響氣流、降雨和云層有關(guān)。這些現(xiàn)象尚未被完全理解，但可能正是這些地區(qū)物種高度多樣化的關(guān)鍵原因。

季節(jié)性與生物多樣性

確定全球哪些地區(qū)存在季節(jié)節(jié)律不同步，是這項(xiàng)研究的初衷。而研究人員發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域往往還與生物多樣性熱點(diǎn)高度重疊。他們認(rèn)為——這可能不是巧合。

在這些地區(qū)，由于植物生長(zhǎng)周期不同步，資源供應(yīng)的季節(jié)性也會(huì)錯(cuò)位。這將深刻影響物種的季節(jié)性繁殖周期，進(jìn)而產(chǎn)生深遠(yuǎn)的生態(tài)與進(jìn)化后果。

其中一個(gè)后果是：繁殖時(shí)間不同步的種群較難雜交，因此它們可能會(huì)產(chǎn)生基因分化，甚至可能逐漸演變?yōu)椴煌奈锓N。如果這種情況哪怕只發(fā)生在少量物種身上，長(zhǎng)期積累下來(lái)，也足以孕育出龐大的生物多樣性。

不過(guò)，這樣的過(guò)程是否真的在發(fā)生？研究人員尚不能給出確切的答案。但他們的工作已經(jīng)為探索這個(gè)問(wèn)題邁出了第一步。這項(xiàng)研究表明，基于衛(wèi)星的地圖能夠預(yù)測(cè)大量物種在開(kāi)花時(shí)間和基因分化上的地理差異。甚至在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中也能看到相似的格局：在哥倫比亞，僅一山之隔、車(chē)程一天的咖啡農(nóng)場(chǎng)，其收獲季節(jié)的節(jié)律竟如同跨越了半個(gè)地球般不同步。

理解時(shí)空上的季節(jié)模式，不僅對(duì)進(jìn)化生物學(xué)至關(guān)重要，也為我們認(rèn)識(shí)動(dòng)物遷徙、氣候變化對(duì)物種和生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及農(nóng)業(yè)等人類(lèi)活動(dòng)的分布提供了關(guān)鍵線索。

#參考來(lái)源：

https://theconversation.com/see-earths-seasons-in-all-their-complexity-in-a-new-animated-map-262935

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09410-3

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Terasaki Hart et al. / Nature