光明的黑暗面：人造光如何威胁自然界

研究人员正在荷兰微生态系统中测试人造光的效果。

资料来源:卡米尔·斯波尔斯特拉/nio-KNAW

在一个夏夜，德国的一个森林湖边发生了一件奇怪的事情。除了拍打在岸边的黑暗湖泊，微弱的光线从湖泊的缝隙中盘旋而过。附近，摆动的手电筒发出的红光——可见光谱中最不令人不安的部分——暴露了留在岸上的科学家。他们正在测试当海洋生物失去光线时会发生什么。

柏林附近的测试是正在进行的最雄心勃勃的项目之一。这些项目在欧洲分散的农村地区实施，旨在探索光污染对生态系统的影响。研究人员越来越担心这个问题。尽管许多研究已经记录了人造光是如何伤害单个物种的，但是它对整个生态系统和它所提供的服务的影响，比如农作物的授粉，仍然不清楚。一些实地调查希望通过监测植物和动物群落对直射光和更分散在夜空中的非自然光照的反应来提供答案。

生态学家面临许多挑战，例如准确测量光线和评估多少物种在行为上有所反应。然而，早期的研究结果表明，夜间照明对生态系统产生了无处不在的长期压力——从海岸到农田再到城市水系，其中许多都受到了其他更常见的污染形式的影响。伊利诺伊大学香槟分校的植物生物学家、《全球变化生物学》杂志的编辑史蒂夫·龙说，这是一个重要的盲点。“目前，我们非常了解二氧化碳浓度上升的影响。然而，光污染的影响有多广泛？我们现在对环境所做的实际上是在赌未来。”

对生态系统的影响

一些雄心勃勃的实验正在光污染的影响方面取得进展。其中，最大的野外实验之一正在荷兰进行。在那里，自然保护区和黑暗地区的八个地点安装了许多排路灯。每排路灯发出不同颜色的光——绿色、红色和白色，从草原或荒地延伸到森林。6年来，科学家和志愿者一直使用照相机捕捉器来监控小型哺乳动物的活动。用自动蝙蝠探测器记录回声定位声波；用雾网诱捕鸟；用巢箱估算繁殖时间和成功率。植物学家正在灯下研究植物。

该小组发现了光污染对野生动物健康造成伤害的生理学证据。栖息在白光附近的鸣禽将整夜不安，睡眠时间将会减少，表明健康状况不佳的代谢变化将会发生。该项目还研究了光线如何影响蝙蝠——当暴露在人造光下时，它们的命运是复杂的。像伏地魔这样的物种喜欢昆虫围绕灯光飞行的“盛宴”。其他害怕光的蝙蝠已经失去了栖息地，从一些地方消失了。在荷兰的研究中，红光对蝙蝠没有影响。这意味着人工照明可以用红光代替白光。

然而，实验也产生了一些令人困惑的发现。几项城市研究表明，夜晚的人造光会触发鸣禽在白天更早唱歌。由于雌性经常选择歌唱得早的雄性，清晨改变的鸟叫声可能会影响鸟的繁殖。然而，荷兰团队没有在14种鸣禽中发现这种效应。可能的原因是鸣禽暴露在光线不足的环境中不会产生影响——光线强度被调整以反映乡村道路和自行车道的照明水平，而不是城市公园的眩光。

领导该项目的荷兰生态研究所生物学家卡米尔·斯波尔斯特拉说，这两种类型的结果对当地*都很有用。他的团队的发现正被纳入荷兰户外照明管理条例中。例如，一些寻求当地蝙蝠种群支持的地区已经将灯改成了红色。斯波尔斯特拉预计这一趋势将继续增长。

天空发光

地球的大部分可以摆脱直接的人造光，但是天空辉光——由气溶胶和云散射回地球的光——范围更广。它太弱了，人类看不见它。然而，研究人员表示，天空辉光仍可能威胁到30%和60%的脊椎动物和无脊椎动物，它们在夜间活动，对光极其敏感。

英国埃克塞特大学的生物多样性和保护专家凯文·加斯顿说，“几乎可以肯定”天空的光芒会影响生物多样性，因为它的光强度刚刚超过引发许多生物应激反应的阈值。然而，“实际上很难对此进行明确的研究”

这是上述森林湖实验的起点。发光的光圈盘旋在水苏林湖中的一个圆柱体上，再现了天空的光芒。它们是莱布尼茨大学的物理学家安德烈亚斯·杰周的杰作。济州必须找到一种方法，在不遮挡日光或布料的情况下，生产低强度、均匀的照明。他和他的团队成员通过使用最先进的光学工具，如先进的光线跟踪模型，认识到了这一点。“作为生物学家，我们对光作为一种物理现象的复杂性视而不见。过去，一些实验甚至不能解释月亮在天空移动的事实。”项目负责人马克·格斯纳说。他也是人造光项目“照亮湖泊生态系统”(ILES)的共同领导者。

ILES的目标是扩大一项著名的浮游动物研究的成果。这些浮游动物白天生活在黑暗的深水中，晚上迁移到较浅的水域，吃海藻。这一运动被认为是世界上最大的生物量迁移。20世纪90年代后期，一项对波士顿附近湖泊的研究发现，天空辉光缩短了浮游动物向上迁移2米，减少了上升生物的数量10%~20%。这种行为的改变可能是藻类大量繁殖等基本湖泊过程的未经证实的驱动因素。

光明的未来

加斯顿认为，尽管这一领域的研究进展缓慢，需要对细节给予极大关注，但随着证据的积累，相关结果正在汇集在一起。"在过去的两三年里，我们对这个领域的了解有了很大的提高."

然而，仍有很大的改进空间。甚至测量暴露也很困难。在野外，很难测量一个生物能接收到的光。例如，鸟儿可能会躲在附近树木的阴影中躲避光线。为此，一些科学家试图在鸟类身上安装曝光表，以便更好地了解暴露剂量。

结果出来后，让生态学家感到沮丧和鼓舞的一件事是，补救措施就在他们面前。

目前，南加利福尼亚大学的生物地理学家特拉维斯·龙科正在收集不同物种如海鸥和海龟对光谱不同部分的反应的公开数据，并将结果与不同类型的光释放的光谱进行比较。他想为照明决策提供信息，比如哪种类型的灯可以用来照明桥梁或海滨胜地。

正如德国地球科学研究中心的物理学家克里斯托弗·基巴(Christopher Kyba)所说，工程师和生态学家都很清楚，一个经过深思熟虑的照明方案可以很好地完成它的使命，“而不会散射来自天空的光”。可以调节发光二极管灯，使其发光、变暗，甚至在特定光谱区域执行远程切换任务。“我的愿景是，30年后，街道照明将比现在更好，但我们只使用1/10的照明。”

柏林莱布尼茨淡水生态和内陆渔业研究所的生态水文学家弗朗茨·哈克说，这对生态系统来说是个好消息，因为黑暗是形成自然的最深刻的力量之一。"半个地球一直是黑暗的。"“因此，夜晚是故事的一半，”哈克说。(宗华编译)

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