牛點(diǎn)策略
王蜜所在團(tuán)隊(duì)養(yǎng)蝸牛的裝置和她用指甲油給蝸牛殼做的標(biāo)記（首次發(fā)表，非授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載）。本文圖片均由受訪者提供
作者 | 郭玉潔
編輯 | 秦珍子
幾十萬(wàn)只蝸?；?，存放在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)"中科院地質(zhì)地球所"——編者注）的樣品庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室、辦公室里。它們多來(lái)自黃土高原地區(qū)，被科學(xué)家從甘肅、陜西、新疆等地挖出、帶回。
在國(guó)內(nèi)，系統(tǒng)的蝸?；蓸庸ぷ鞒掷m(xù)了約 20 年。中科院地質(zhì)地球所保留了一支完整、延續(xù)的蝸牛研究脈絡(luò)。約 10 年來(lái)，亦有來(lái)自中國(guó)科學(xué)院地球與環(huán)境研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)"中科院地球環(huán)境所"——編者注）、南京大學(xué)、蘭州大學(xué)的年輕研究者涉足蝸牛研究，各有側(cè)重。
采集蝸牛時(shí)，有當(dāng)?shù)厝藭?huì)問(wèn)，"你們是來(lái)挖古墓的嗎"。有研究者回憶，經(jīng)常遇到村民圍觀，沒(méi)有人相信他來(lái)挖蝸牛，問(wèn)他"干嘛，有啥用"。
蝸牛，這種常見(jiàn)的、并不醒目的、以爬得慢著稱(chēng)的低等生物，在某種意義上，正因其普遍且弱小而成為中國(guó)北方靈敏可靠的氣候變化記錄者。在沒(méi)有人類(lèi)的時(shí)代，至少幾百萬(wàn)年前，蝸牛就在用身體記錄歷史了。
這是一項(xiàng)小眾的研究，但它也擁有振奮人心的時(shí)刻—— 2022 年，在鄭州" 7·20 "特大暴雨地區(qū)采集的 4 只蝸牛，向中科院地球環(huán)境所的研究者證明了自己的潛力：極端降雨可以被記錄在蝸牛殼里，幾只蝸牛殼的氧同位素在 2021 年夏天時(shí)段表現(xiàn)出了顯著的信號(hào)。
看到數(shù)據(jù)，中科院地球環(huán)境所副研究員董吉寶很興奮。做地質(zhì)研究以來(lái)，他偶爾會(huì)遲疑，研究這些幾百萬(wàn)年、幾千萬(wàn)年前的事，究竟有什么意義。生物記錄特定信息的方式是恒定的，如果蝸?？梢杂涗洏O端降雨信息，精確到天，那就意味著，蝸?；蛟S可以幫助人類(lèi)發(fā)現(xiàn)有氣象記錄以前極端降雨的頻率與強(qiáng)度，進(jìn)而幫助預(yù)測(cè)未來(lái)的極端天氣。
蝸牛渺小而脆弱，但它保存的秘密不止于此。
實(shí)驗(yàn)室里的現(xiàn)代蝸牛殼體。
在地球生命的切片中尋寶
蝸牛告訴人們，一旦時(shí)間足夠長(zhǎng)，強(qiáng)和弱可能不再是一對(duì)反義詞。
這種生物爬得慢，一生中大多在十幾平方米內(nèi)活動(dòng)；它低等，適應(yīng)氣候的能力差；它沒(méi)有血液，沒(méi)有自我調(diào)節(jié)溫度功能。在氣候面前，蝸?？梢哉f(shuō)相當(dāng)被動(dòng)。
"它不像人牛點(diǎn)策略，能適應(yīng)環(huán)境 …… 這里不適合我們就換一個(gè)地方。"中科院地質(zhì)地球所副研究員董亞杰對(duì)記者說(shuō)。
拉長(zhǎng)時(shí)間的尺度看，蝸牛早于人類(lèi)幾億年存在。它的分布很廣，數(shù)量很多。在中國(guó)的黃土高原地區(qū)，西北部有沙漠，南部、東部有山，土壤能在一個(gè)很長(zhǎng)的年代穩(wěn)定沉降，一層一層，堆積成地球歷史的一個(gè)切片。黃土中的蝸牛很多，它們不會(huì)走遠(yuǎn)，能用身體較準(zhǔn)確記錄當(dāng)?shù)氐臍夂蛐畔ⅰ?/p>
董吉寶介紹，蝸牛可以通過(guò)兩種方式記錄氣候變化。第一是看蝸牛種屬、數(shù)量，反推適宜這個(gè)種類(lèi)生存的氣候；第二是分析蝸牛的殼。
蝸牛殼主要成分是碳酸鈣。它吃一些植物，植物中的碳進(jìn)入體內(nèi)，記錄在殼體上。植物的一些特性與降水密切相關(guān)，由此，蝸牛殼的成分便可以與降水建立關(guān)系。此外，蝸牛用腹足爬行，柔軟的身體直接接觸地面，和環(huán)境中的水實(shí)現(xiàn)交換，水的化學(xué)信息也被記錄在殼體上。
大約 20 年前，中科院地質(zhì)地球所的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃，要完成約 200 萬(wàn)年的完整蝸?；蛄胁杉?，形成研究黃土高原地區(qū)第四紀(jì)（指一個(gè)距離人類(lèi)歷史最近的地質(zhì)時(shí)期——記者注）古氣候的較完整資料。
這是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期積累的工作，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生極慢。近幾年，該所的研究者們才從甘肅西峰（慶陽(yáng)）150 米 -200 米深的溝谷中，帶回最后一批樣本。十幾年前董亞杰剛到所里讀研究生，這項(xiàng)工作在時(shí)間上進(jìn)行到一半，也到了最難的階段。黃土一直在沉積，越古老的蝸牛化石埋藏越深，土壤越硬。
10 厘米厚的土代表一千年的沉積——研究者要以 10 厘米為間隔，從數(shù)百米厚的黃土高原地層中掏出古土壤樣本，從里面淘洗出蝸牛化石。研究它們常用的時(shí)間尺度包括：軌道尺度、千年尺度、百年尺度、年際、季節(jié)、月、周、天。
在科學(xué)界，蝸牛曾帶來(lái)很多發(fā)現(xiàn)：黃土層發(fā)現(xiàn)大量蝸牛，沒(méi)有貝殼、螺。這證明了——在青藏高原還沒(méi)隆起的久遠(yuǎn)年代，如今的黃土高原，黃土是風(fēng)吹過(guò)來(lái)的，不是水沖擊沉降來(lái)的。軌道尺度上的蝸牛研究，可以看出太陽(yáng)輻射、地球上冰量如何變化。1988 年，有國(guó)外學(xué)者利用蝸牛，發(fā)現(xiàn)一片沙漠在某一時(shí)期，一類(lèi)灌木的分布界限較現(xiàn)代向南移動(dòng)了 20 千米 -30 千米，意味著氣候更濕潤(rùn)。
董亞杰所在團(tuán)隊(duì)從事的主要是蝸牛的種屬研究。他們發(fā)現(xiàn)，某地的氣溫升高，有時(shí)會(huì)帶來(lái)生物多樣性的增長(zhǎng)，有時(shí)維持不變——在整個(gè)生物鏈上，蝸牛的種類(lèi)、數(shù)量可以反應(yīng)生物群落的變化。
董亞杰回憶，讀研究生時(shí)，主要是在"干活"。在野外，黃土坡面沒(méi)有路，要挖蝸牛還得先要修出路。篩蝸牛也是體力活，把土放到水里篩洗，土和水混在一起，很重。董亞杰記得，第一次干這個(gè)活，肩膀疼得晚上睡不著覺(jué)。一個(gè)兩三百米的黃土層剖面，可以采好幾千個(gè)土壤樣品，每個(gè)樣品大約 15 公斤土，篩出許多蝸牛殼體。帶著化石回到北京后，研究者又要在實(shí)驗(yàn)室里，在儀器下一個(gè)個(gè)記錄、辨別。"有時(shí)做夢(mèng)全都是蝸牛"，董亞杰說(shuō)。
在中科院地球環(huán)境所，參與蝸牛研究的宗秀蘭過(guò)去會(huì)保存一些漂亮的化石。大部分蝸?；腔野咨模嘟褫^近的地層中，有的化石還留著棕色痕跡，這是殼里的有機(jī)質(zhì)，還未被完全分解。
她說(shuō)，古土壤的手感和普通黃土不同，細(xì)膩、黏性大。在野外，宗秀蘭有時(shí)穿速干褲，土?xí)B過(guò)布料，黏到腿上。站在地層的剖面前，她可以清楚看到冰期和間冰期的交替——土壤顏色深了，發(fā)紅，說(shuō)明這個(gè)時(shí)期溫暖濕潤(rùn)，是間冰期，蝸牛種類(lèi)多；發(fā)黃，說(shuō)明這時(shí)氣候偏向冷干，蝸牛種類(lèi)少。宗秀蘭的博士論文研究涵蓋 1 個(gè)冰期、2 個(gè)間冰期——事實(shí)上，人類(lèi)文明的所有歷史，只是在最新的一個(gè)間冰期上。
董亞杰解釋?zhuān)卮鸬厍虍?dāng)下溫暖濕潤(rùn)的間冰期還能持續(xù)多久的問(wèn)題，地質(zhì)學(xué)家要從歷史中找參考。地球氣候和地球在太陽(yáng)系中的軌道運(yùn)行方式有關(guān)，他們會(huì)去尋找過(guò)去與現(xiàn)在相似的階段，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來(lái)。
董亞杰說(shuō)，在野外有時(shí)會(huì)意識(shí)到，"我現(xiàn)在走在幾萬(wàn)年之前地球的土壤上，我在感受著這個(gè)時(shí)代，地球的軌道是更斜的、更歪的、更圓的還是更扁的 …… "他記得，當(dāng)?shù)厍驈谋谙蚺谵D(zhuǎn)變時(shí)，一個(gè)土壤樣本里的蝸牛數(shù)量，能從幾十個(gè)變成上百個(gè)，種類(lèi)也大變，反應(yīng)出生物群落的活躍。那一瞬間他也會(huì)有種奇妙的感覺(jué)："他們的那種活躍的生活突然被我挖出來(lái)了。"
顯微鏡下，約 3.5 萬(wàn)年前的蝸牛化石。
蝸牛用殼記下，它們經(jīng)歷的世界
化石的年代久遠(yuǎn)牛點(diǎn)策略，但它最終要解答的問(wèn)題是現(xiàn)代的。
董吉寶說(shuō)，對(duì)當(dāng)下的氣候變化，我們總是"身在廬山，不識(shí)廬山真面目"。
他舉例說(shuō)，近幾年，人們感知到北方強(qiáng)降水變多，"幾天把一年的雨都下了""百年一遇"的情形越來(lái)越多，然而，人類(lèi)系統(tǒng)性地、高質(zhì)量地記錄氣象變化的歷史不過(guò)一百多年。這使我們無(wú)法判斷，如今極端天氣的增加意味著什么，未來(lái)會(huì)如何變化。因此要向更久遠(yuǎn)的歷史尋找參考。
理解蝸?；姆椒ǎ忠獜默F(xiàn)代來(lái)。這需要研究者利用現(xiàn)代蝸牛，研究各種屬蝸牛的特性，以及與氣候指標(biāo)的關(guān)系，進(jìn)行"現(xiàn)代校準(zhǔn)"。
十幾年中，中科院地質(zhì)地球所積累了全國(guó) 400 多個(gè)點(diǎn)位的現(xiàn)代蝸牛標(biāo)本。研究者根據(jù)大的氣候梯度，從南到北，依次采樣，建立序列。然后，他們將蝸牛信息和氣象記錄建立對(duì)照關(guān)系，形成一個(gè)方程，推算古氣候的參數(shù)，例如氣溫、降雨。這個(gè)方程極其復(fù)雜。
建立函數(shù)后要做的是"重建"。把蝸牛化石數(shù)據(jù)代入其中，解方程。
在現(xiàn)代蝸牛和古蝸牛大量數(shù)據(jù)積累基礎(chǔ)上，2022 年，董亞杰及同事的研究成果發(fā)表在《自然》雜志子刊，嘗試解答古氣候研究界的"全新世溫度變化之謎"，證明 4000 年以來(lái)自然氣候變化趨勢(shì)一直是降溫的。此前這一問(wèn)題在學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期爭(zhēng)論，盡管古氣候模擬學(xué)家有不同的方法與結(jié)論，但他們提供了地質(zhì)學(xué)家的答案。
在中科院地球環(huán)境所，針對(duì)蝸牛殼體季節(jié)尺度研究，副所長(zhǎng)晏宏提出的理念是，用空間換時(shí)間。
人類(lèi)并未經(jīng)歷過(guò)過(guò)去的歷史時(shí)期，不知道在更炎熱或寒冷的時(shí)候，蝸牛會(huì)怎么樣，那就要靠空間，從海南、東北、山東 …… 采集現(xiàn)代蝸牛，建立這些蝸牛在特定氣象條件下的坐標(biāo)系，給百萬(wàn)年、千萬(wàn)年前的地質(zhì)時(shí)期借鑒。
該所的宗秀蘭對(duì)那個(gè)跑遍全國(guó)的采樣過(guò)程印象深刻。在四川的山區(qū)，她采集蝸牛時(shí)遇到暴雨。雨后蝸牛會(huì)出來(lái)活動(dòng)，是絕佳機(jī)會(huì)，大家想等雨小了繼續(xù)采。但村里、鎮(zhèn)里接連發(fā)出撤離預(yù)警，他們糾結(jié)了很久，還是走了。
這位女士記得，車(chē)總是在路上，一天跑上幾百公里，很多地方都去過(guò)，"又好像沒(méi)去過(guò)"，因?yàn)楹苌偻Ａ簟Ｎ伵Ｓ械脑诓輩怖?，有的在?shù)上，要去"人跡罕至"的地方找，避開(kāi)人類(lèi)活動(dòng)影響。
董亞杰在采集現(xiàn)代蝸牛過(guò)程中，經(jīng)常感到"走到?jīng)]路的地方""可能一輩子再也不來(lái)"。他回憶，有一次去新疆采樣，走著走著，一群人差點(diǎn)出境了。
蘭州大學(xué)的博士王蜜 2018 年開(kāi)始養(yǎng)蝸牛。她選擇古地層中會(huì)出現(xiàn)的蝸牛種類(lèi)，到野外抓相應(yīng)幼年蝸牛，在甘肅、河南、西安等地的野外環(huán)境養(yǎng)殖。她介紹，國(guó)內(nèi)對(duì)蝸牛的生物學(xué)研究是薄弱的。蝸牛有上萬(wàn)種，每種蝸牛的習(xí)性都不同，需要詳細(xì)觀測(cè)。
這是為了破解一個(gè)問(wèn)題——不同種類(lèi)的蝸牛，每個(gè)季節(jié)，在不同的地點(diǎn)，生長(zhǎng)速率差別有多大。她剛開(kāi)始用記號(hào)筆做的生長(zhǎng)標(biāo)記，容易被雨水沖刷掉，后來(lái)她用指甲油。這項(xiàng)工作出現(xiàn)成果后，可以判斷，在給蝸?；黾竟?jié)研究時(shí)，怎么從殼體上分出季節(jié)的生長(zhǎng)線(xiàn)。研究的最終目標(biāo)可能是，"去看看那會(huì)兒（如 13 萬(wàn)年前）旱季有多少天，比我們現(xiàn)在更旱嗎？還是比我們現(xiàn)在更潮濕？"
從研究生入學(xué)開(kāi)始，王蜜在多地做野外飼養(yǎng)觀測(cè)，前 3 年都在經(jīng)歷失敗。有的點(diǎn)位蝸牛"集體越獄"，裝上防護(hù)網(wǎng)，又發(fā)現(xiàn)死掉了很多，裝了攝像頭才發(fā)現(xiàn)，是蝸牛軟體被螢火蟲(chóng)幼蟲(chóng)吃了。有的地方天氣熱，她在那兒養(yǎng)了兩年的蝸牛都沒(méi)有活過(guò)夏天。讀到博士，她終于有了初步發(fā)現(xiàn)，記錄下一些蝸牛的生長(zhǎng)速率特性。
現(xiàn)在她所在團(tuán)隊(duì)感興趣的下一個(gè)問(wèn)題是，用蝸牛殼體研究"過(guò)去冰期 - 間冰期的夏天最高幾度"。這能給農(nóng)業(yè)模型一個(gè)"歷史標(biāo)尺"，告訴人們?cè)跊](méi)有人為灌溉、化肥的情況下，糧食系統(tǒng)能承受的上限在哪里。"再熱多少度，就種不出玉米了。"
在國(guó)內(nèi)，2000 年后一直有對(duì)蝸牛殼體進(jìn)行同位素組成分析的研究，但分辨率并不高。2020 年，晏宏研究一種海洋生物發(fā)現(xiàn)，硨磲的殼能記錄熱帶地區(qū)臺(tái)風(fēng)寒潮事件，分辨率甚至能精確到小時(shí)。硨磲和蝸牛一樣是軟體動(dòng)物，殼體成分一致。在一次聊天中，幾位研究者聊到，能不能試試蝸牛。
董吉寶所在的團(tuán)隊(duì)曾在鄭州" 7·20 "特大暴雨地區(qū)采集過(guò)現(xiàn)代蝸牛，他們拿進(jìn)實(shí)驗(yàn)室里。
結(jié)論令人驚喜。強(qiáng)降水持續(xù)只有 3 天，但他們?cè)谖伵ど习l(fā)現(xiàn)了顯著的同位素變化，"變化了十幾個(gè)單位"。
但董吉寶介紹，研究存在一個(gè)缺憾，暴雨過(guò)后，未能找到當(dāng)時(shí)的雨水樣本，也就無(wú)法測(cè)量水的氧同位素信息，無(wú)法建立準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。他們只能找間接證據(jù)，比如 2013 年北京發(fā)生極端暴雨時(shí)，曾有研究測(cè)量了降水的同位素，也有非常顯著的變化。
2023 年北京經(jīng)歷夏季暴雨后，董吉寶在門(mén)頭溝區(qū)采集了蝸牛，但也沒(méi)有采到水樣，且水的保存也是個(gè)問(wèn)題。
現(xiàn)代蝸牛表現(xiàn)出這種潛力，意味著蝸?；臍んw也可以，也就是說(shuō)，未來(lái)可以通過(guò)蝸?；瘹んw分析，重建幾萬(wàn)年前某一年的"天氣"。
2015 年 10 月，甘肅平?jīng)?，中?guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的團(tuán)隊(duì)完成蝸牛采樣后合影
。
慢一點(diǎn)，可以抬頭看看天
相對(duì)更容易獲取數(shù)據(jù)的其他學(xué)科，在過(guò)去很多年中，蝸牛研究進(jìn)展較為緩慢。
數(shù)據(jù)采集慢、分析實(shí)驗(yàn)慢、觀測(cè)慢。一位研究者做蝸牛殼化學(xué)分析，要在 1 厘米直徑的蝸牛殼上，打 170 多個(gè)采樣點(diǎn)，用顯微鏡放大 10 倍。背樣品的過(guò)程也緩慢，一個(gè)研究者可能一天要背十幾袋土回去，再花一天時(shí)間篩洗。
挖蝸牛曾鬧出不少麻煩事，有村民等采集者干完活圍上來(lái)，表示挖了土要交錢(qián)。一位研究者遇到過(guò)，他和 3 個(gè)同伴把兜里的現(xiàn)金都掏了出來(lái)。
大約 10 年前，董吉寶博士畢業(yè)后，為了做古氣候的溫度定量重建，開(kāi)始研究蝸牛。其間他花 3 年多時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室里養(yǎng)蝸牛，為了搞清楚一件事：蝸牛能不能記錄環(huán)境溫度。
此前，加州理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表過(guò)否定的結(jié)論，看到這個(gè)結(jié)果，董吉寶一度想，自己的研究可能沒(méi)辦法再繼續(xù)下去。
他在實(shí)驗(yàn)室里控制溫度，從蝸牛產(chǎn)卵、幼年養(yǎng)到成年，至少養(yǎng)了幾十只。"折騰了幾年"，結(jié)果是，至少證明它跟環(huán)境溫度有關(guān)。
一位 90 后研究者王國(guó)楨覺(jué)得人們對(duì)蝸牛的研究還是太少。在農(nóng)業(yè)上，蝸牛是害蟲(chóng)，"大家想的是怎么除蝸牛"。研究者用的蝸?；A(chǔ)參考書(shū)，有的出版于 20 世紀(jì) 70 年代，沒(méi)有更新過(guò)。
在古氣候研究領(lǐng)域，土壤、樹(shù)木年輪都有很成熟的方法，樹(shù)木年輪的研究甚至能影響國(guó)家決策，而蝸牛研究較少，"能參考的東西就比較少"。
宗秀蘭說(shuō)，她對(duì)這一領(lǐng)域很有好奇心，唯一的焦慮感來(lái)自現(xiàn)實(shí)，一篇文章從開(kāi)始做到發(fā)出，最少得 3 年，一站博士后最多也就 3 年聘期，"不接著你博士的東西做，很難在 3 年內(nèi)出一篇完成考核的"。
王蜜很享受采集現(xiàn)代蝸牛的過(guò)程，一般是在夜晚，打著手電筒去找蝸牛，還有一次村里大人小孩一起找。她說(shuō)，下雨天常有蝸?；顒?dòng)，他們也雨后出來(lái)，"泥漿是底色，星空是高光"。
找蝸牛時(shí)，有人碰到過(guò)顏色翠綠的毒蛇，也誤入過(guò)雜草環(huán)繞的墳包。有人說(shuō)地層里很多硬土塊，有時(shí)需要用手捏碎，有次回去后手在發(fā)抖。董亞杰說(shuō)，黃土剖面上草深，有時(shí)不知道下面是實(shí)是虛，有一次他踩空，從兩三米高處掉下來(lái)。他有位師姐，走在高處時(shí)腿腳發(fā)軟，從坡上滾下來(lái)，落到溝底，昏迷了，幸而沒(méi)有大傷。
董亞杰記得，10 年前，野外工作條件較差，他們不住酒店，總是住在村民家。秋天涼爽時(shí)是采蝸牛的季節(jié)，這時(shí)候，黃土高原上的蘋(píng)果正好收獲。他說(shuō)牛點(diǎn)策略，那時(shí)生活很安靜，星星很多，工作之余，"村里面走一走，吃個(gè)蘋(píng)果，然后看看天"。
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