光明的黑暗面：人造光如何威脅自然界

在荷蘭的微型生態系統中，研究人員正在測試人造光的影響。

圖片來源：Kamiel Spoelstra/NIOO-KNAW

夏夜，德國一個森林湖附近，一些怪異的事情正在發生。除了黑暗的湖水拍打著岸邊，微弱的光芒從懸停在湖面上的光圈中散發出來。附近，正在擺動的手電筒發出的紅光——可見光譜中干擾性最小的部分——「出賣了」呆在岸邊的科學家。他們正在測試當海洋生物失去光時會發生什麼情況。

這項在柏林附近開展的試驗是正在進行的若干最具雄心的項目之一。這些項目在歐洲零散的鄉村地區開展，旨在探究光污染正在對生態系統產生何種影響。研究人員正愈發擔心該問題。儘管很多研究記錄了人造光如何傷害單個物種，但對整個生態系統及其提供的服務（比如作物授粉）產生的影響還是不太清楚。若干野外調查希望通過監控植物和動物群落如何應對直接光線和夜晚天空更加分散的非自然照明，為此提供答案。

生態學家面臨著諸如精確測量光線、評估多個物種如何在行為上作出響應等多項挑戰。不過，早期結果表明，夜晚光線正在對生態系統產生無處不在的長期壓力——從海岸到農田再到城市水系均是如此，其中很多已經遭到其他更為熟知的污染形式的影響。美國伊利諾依大學香檳分校植物生物學家、《全球變化生物學》雜誌編輯Steve Long表示，這是一個重要的盲點。「目前，我們對二氧化碳濃度上升的影響有很多了解。然而，光污染的影響有多廣泛？我們現在對環境的所作所為，其實是在拿未來做賭注。」

對生態系統的影響

對於光污染的影響，一些雄心勃勃的試驗正在取得進展。其中，規模最大的田間試驗之一正在荷蘭開展。在那裡，位於自然保護區和黑暗區域的8個地點被安裝了很多排路燈。每排路燈均發出不同顏色的光線——綠色、紅色、白色，並且從草地或者荒地一直延伸到森林中。6年來，科學家和志願者利用相機陷阱監控小型哺乳動物的活動；利用自動蝙蝠探測器記錄回聲定位聲波；利用霧網誘捕鳥類；利用巢箱估測繁殖的時間和成功率。植物學家則正在研究照明燈下面的植被。

該團隊發現了光污染對野生動物健康所造成危害的生理學證據。在白色光線附近棲息的鳴禽整個夜晚都會焦躁不安，睡眠時間變少，並且出現了預示健康狀況變差的代謝變化。該項目還研究了光線如何影響蝙蝠——當暴露於人造光線，它們的命運可謂喜憂參半。諸如伏翼等物種會盡情享用圍繞照明燈飛行的昆蟲「盛宴」。其他害怕光線的蝙蝠則喪失了棲息地並且從一些地方消失。在荷蘭開展的研究中，紅色光線對蝙蝠物種未產生任何影響。這意味著人工照明可用紅色光線替代白色光線。

不過，該試驗也獲得了一些令人困惑的發現。若干項城市研究表明，夜晚的人造光線會觸發鳴禽在白天鳴叫得更早。由於雌鳥往往選擇早鳴的雄鳥，因此被改變的清晨鳥叫聲可能影響鳥類繁殖。不過，上述荷蘭團隊在14個鳴禽物種中並未發現這種影響。可能的原因是鳴禽暴露的光線較弱，以至於無法產生影響——光線強度被調整到反映鄉村道路和自行車道的照明水平，而非城市公園裡的炫光。

主導該項目的荷蘭生態研究所生物學家Kamiel Spoelstra表示，兩類結果對當地政府都有用。其團隊的發現正被囊括進荷蘭關於戶外照明的監管條例。例如，一些尋求為當地蝙蝠種群提供支撐的地區已將光線換成紅色。Spoelstra預計，這一趨勢將繼續增加。

天空輝光

大部分地球能擺脫直接人造光線，但天空輝光——被氣溶膠和雲層散射回地球的光線——要更加廣泛。它是如此微弱，以至於人類看不到它。但研究人員表示，天空輝光仍能威脅到30%和60%的在夜間活動且對光線極其敏感的脊椎動物和無脊椎動物。

英國埃克塞特大學生物多樣性和保護專家Kevin Gaston表示，「幾乎可以肯定的是」，天空輝光會影響生物多樣性，因為其光照強度剛好超過觸發很多生物應激反應的閾值。不過，「對此開展明確的研究實際上非常困難」。

這正是上述森林湖試驗的切入點。發光的光圈懸停在沒入施特希林湖的圓柱體上，並且再現了天空輝光。它們是萊布尼茲大學物理學家Andreas Jechow的傑作。Jechow不得不尋找一種在不阻擋白天光線或者布妨礙科學家進入的情況下，產生低強度、均勻照明的方法。他和團隊成員利用諸如先進射線追蹤模型等最先進的光學工具，實現了這一點。「作為生物學家，我們一直對光線作為一種物理現象的複雜性視而不見。過去，一些試驗甚至無法解釋月亮在天空中移動的事實。」該項目負責人Mark Gessner表示。他還是人造光項目——「照亮湖泊生態系統」（ILES）的共同領導人。

ILES旨在擴展來自一項著名的浮遊動物研究的成果。這些浮遊動物白天生活在黑暗的深水中，然後在夜晚遷移到較淺水域並且食用海藻。這一移動被認為是世界上最大規模的生物質遷移。上世紀90年代末對波士頓附近湖泊進行的研究發現，天空輝光使浮遊動物向上遷移的路程縮短了2米，同時使上升的生物體數量減少了10%~20%。這種行為上的改變可能是諸如藻華等基本湖泊過程的未經確認的驅動因素。

明亮的未來

在Gaston看來，雖然該領域的研究進展緩慢且需要非常關注細節，但隨著證據累積，相關成果正匯聚到一起。「過去兩三年來，我們對該領域的了解有了極大提高。」

不過，目前仍有很多改善空間。即便是測量暴露程度都很困難。在田野中，某種生物體能接受的光線很難測量。比如，鳥類可能撤退到附近樹木的陰影中，以避免光照。為此，一些科學家嘗試在鳥兒身上安裝曝光計，以便更好地了解曝光劑量。

隨著結果出爐，一件既令生態學家沮喪又使其受到鼓舞的事情是：補救措施就在面前。

目前，南加州大學生物地理學家Travis Longcore正在收集已發表的關於不同物種比如海鷗和海龜如何對光譜不同部分作出響應的數據，並將結果和不同類型的光照釋放的頻譜進行比對。他想為關於光照的決策提供信息，比如哪種類型的燈可被用於橋樑或者海濱勝地照明。

正如德國地球科學研究中心物理學家Christopher Kyba所言，工程師和生態學家們深知，深思熟慮的照明方案可在「不向天空散射光線的情況下」很好地履行自己的使命。LED燈可被調整，從而在特定光譜部分發光、變暗，甚至執行遠程開關任務。「我的願景是在30年的時間裡，街道的照明變得比現在好，但我們僅利用了1/10的光線。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！