“天问三号”的火星样本采集计划；城市植物悄悄改变了生长季节；蛾类导航的秘密写在星光里 | 一周论文新鲜读

6.23

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的新近发表，我们为您精选呈现。

1. 人工照明拉长了城市地区的生长季节

2. 走出非洲前人类生态位显著扩张

3. 评估气候变化对作物产量的影响

4. 蛾类导航的秘密写在星光里

5. “天问三号”的火星样本采集计划

6. 用植树抵消化石燃料储备面临“难以克服的挑战”

城市 | 人工照明拉长了城市地区的生长季节

Artificial light at night outweighs temperature in lengthening urban growing seasons

Nature Cities

《自然-城市》的一篇论文分析了北半球428个城市7年间的卫星数据，发现人工照明或使城市环境的生长季节相比乡村地区延长了多达三周。 

快速的城市化导致城市变得更热、更明亮。具体而言，建筑物和混凝土吸收并辐射热量，导致城市热岛效应，即城市地区与周边地区相比昼夜气温更高。类似地，过去十年间城市的夜间人工照明增加了10%。光照和温度很大程度上调节着植物的生长季节。例如，与周围乡村地区相比，光照和温度增加会导致城市树木春季更早发芽和开花，秋季树木更晚变色。但研究尚未充分研究过这些因素单独或综合作用的影响程度。 

美国范德比尔特大学的孟林和同事分析了2014-2020年间来自北半球428个城市（包括纽约、巴黎、多伦多和北京）的卫星数据，以及夜间人工照明数据、地表空气温度和植物生长季节。作者发现，夜间人工照明瓦数从乡村到城市中心呈指数级增长。孟林和同事认为，这一光照增长量会影响城市生长季节的起始和结束，其程度大于从乡村到城市地区的温度升高。他们还发现，人工照明在生长季节结束时的影响比开始时更明显。具体而言，在受分析城市中，城市生长季节的开始平均比周围乡村早12.6天，结束则晚11.2天。 

尽管北半球城市中这些总体模式一致，但作者发现各大陆间仍有所差异。他们发现，生长季开始得最早的是欧洲，其次是亚洲，再次是北美，尽管北美的城市是最亮的。在一些气候带，包括夏季干燥的温带气候和无干季的寒冷气候里，夜间光照对季节开始的影响更强，而对生长季结束的影响在各城市中更为一致。 

作者认为，近期城市普遍将高压钠灯转为LED照明，这使人工照明对生长季节的影响变得更为复杂，因为植物可能对LED照明的反应更强，但还需进一步研究。孟林和同事提出，未来城市基础建设规划的照明设计应考虑满足功能需求的同时最小化对植物的影响。

人类演化 | 走出非洲前人类生态位显著扩张

Major expansion in the human niche preceded out of Africa dispersal

Nature

《自然》发表的新研究指出，人类在约5万年前从非洲向外大扩散之前，人类选择居住的生境多样性已经开始扩大。这一扩张或给予了古人类成功适应新环境的生态灵活性，为人类迁徙提供了进一步见解。 

当前的遗传证据显示，当代欧亚个体的大部分祖先可以追溯到5万年前走出非洲的一小部分人群。但化石证据显示，这之前人类也进行过迁徙，只不过最后没有形成长期人群，这也引发了后面这次迁移何以成功的疑问。 

美国芝加哥洛约拉大学的Emily Hallett、德国马克斯·普朗克地质人类学研究所的Eleanor Scerri和同事整理了年代在12万到1.4万年前的非洲考古遗址证据。他们用物种分布建模重建了人类的生境适宜性，其中的决定变量包括叶面积指数、年温度范围和降水量等。作者发现，人类生态位从7万年前开始扩张，以非洲西部、中部和北部最为显著，驱动这一扩张的是人类利用多样化生境类型（如森林和干旱沙漠）的增加。作者指出，这种适应能力的提升或让古人类能应对离开非洲时遇到的各种情况，为5万年前迁徙的长期成功提供了一种解释。 

气候变化 | 评估气候变化对作物产量的影响

Impacts of climate change on global agriculture accounting for adaptation

Nature

《自然》发表的一篇建模论文发现，大部分主食作物可能会因气候变化出现严重产量损失，即使考虑了限制气候变化影响的缓解措施依然如此。研究评估了六种主食作物——玉米、大豆、水稻、小麦、木薯和高粱——发现只有水稻或许能避免严重损失。 

气候变化预计会影响全球粮食系统，但人们仍不确定其影响程度以及改变农业方式这类适应措施会如何缓解这些影响。之前的研究关注美国等特定地区的结果，但对适应措施的影响得出了互相矛盾的结论。一些建模显示，适应措施可能会影响全球农业生产力。不过，很少有研究关注全球层面现实世界生产者的适应情况。 

Andrew Hultgren、美国斯坦福多尔可持续发展学院的Solomon Hsiang和同事基于来自54个国家的12658个地区的数据，整理了一个包含六种主食作物——玉米、大豆、水稻、小麦、木薯和高粱——的数据集，借此估算生产者适应措施在21世纪的影响。他们估计，气温比工业化前水平每升高1 °C，每人每天的产量就会下降120卡路里，相当于当前每日消耗量的4.4%。他们指出，在高排放情景下，美国、中国东部、亚洲中部、非洲南部、中东到本世纪末的玉米产量可能最多下降40%，欧洲、非洲、南美的小麦损失为15-25%，中国、俄罗斯、美国、加拿大的小麦损失为30-40%。他们指出，与无适应措施情景相比，收入增长和实施适应策略或使全球损失到2050年减少23%，到2100年减少34%。 

作者发现，气候适宜但适应能力有限的现今粮仓地区的减少会驱动全球性影响，同时指出低收入地区的损失也很显著。他们的结论指出，可能需要进一步实施适应措施以及考虑耕地扩张，来确保粮食安全并缓解气候影响。 

动物行为 | 蛾类导航的秘密写在星光里

Bogong moths use a stellar compass for long-distance navigation at night

Nature

《自然》的一篇论文指出，澳大利亚的布冈夜蛾（Agrotis infusa）或为已知首个能够利用星辰导航的无脊椎动物。飞行模拟器中的实验表明，这些昆虫利用星体线索以及磁感应帮助自己飞往正确的方向。基于星体的导航此前仅见于一些鸟类和人类，可能还包括海豹。 

每年春季，数十亿只夜行性的布冈夜蛾为逃离澳大利亚东南部的高温，会迁徙近1000公里前往澳大利亚山脉（Australian Alps）的凉爽洞穴，而这一地点它们此前从未到访过。它们会在这里休眠至秋季，然后回到繁殖地繁殖后代并死去。过去的研究表明，这些昆虫能感知地球磁场，人们认为这种感知能力和视觉地标帮助它们抵达了预定目的地。但不清楚这些蛾类使用什么视觉特征进行导航。 

瑞典隆德大学的Eric Warrant和同事发现，布冈夜蛾能利用星空作为指南针来辨别方向。作者在春季或秋季迁徙开始的时候捕获布冈夜蛾，将之放在类似天象仪（模拟地球夜空）并屏蔽了地球磁场的飞行模拟器中。他们表明，这些被捕获的蛾子飞行的方向与其季节迁徙方向一致。此外研究者发现，蛾子大脑中的视神经对夜空的旋转有特异性反应，并会调整到同一天空方向，当蛾子朝向南方时这些神经元活动会达到峰值。 

还不清楚夜空帮助蛾类迁徙的具体特征；亦不确定蛾类的复眼是否能看到单个星星。但作者认为，银河是天空南部的一条明亮光带，很可能对布冈夜蛾是可见的。 

行星科学 | “天问三号”的火星样本采集计划

In search of signs of life on Mars with China’s sample return mission Tianwen-3

Nature Astronomy

《自然-天文学》本周发表的一篇“展望”文章（Perspective）介绍，中国国家航天局计划通过“天问三号”任务从火星采集至少500克岩石样本，并于2031年左右送回地球。该任务旨在寻找火星上过去存在生命的证据。 

从太阳系天体采集样本，使研究人员能够利用地球实验室中独有的仪器对原始外星物质进行详细研究。例如，从火星等行星采集样本，可能为揭示其过去提供更深入的见解。目前关于火星过去宜居性的证据仅通过轨道观测以及火星车和着陆器获得。 

中国深空探测实验室、北京地质科学院的侯增谦和同事介绍了中国利用天问三号航天器实施火星样本返回任务的计划。该任务计划于2028年向火星发射一个着陆器，并于2031年返回地球。天问三号探测器由轨道器-返回器组合体和着陆器-上升器组合体两部分组成。前者将在火星轨道350公里高度运行，后者将在火星表面工作两个月后升空，与轨道器共同返回地球。着陆器将使用钻探设备从火星表面及地下1至2米深度采集样本。侯增谦和同事还提出了在地球上建立专用设施的计划，以确保样本在采集、运输及研究过程中不会受到任何内外污染，符合行星保护准则。 

研究人员指出，该任务将包含国际合作承诺，旨在促进人员和数据交流，助力火星探索。 

环境 | 用植树抵消化石燃料储备面临“难以克服的挑战”

Carbon offsetting of fossil fuel emissions through afforestation is limited by financial viability and spatial requirements

Communications Earth & Environment

《通讯-地球与环境》发表的一项分析认为，要抵消全球200家最大化石燃料公司目前持有的化石燃料储备所产生的二氧化碳排放，需种植的新森林面积超过北美的陆地面积。这项研究还指出，如果将抵消全部储备的成本从这些公司的当前估值中扣除，这些公司中大多数的市场估值将为负值。 

未来排放场景通常包括减少二氧化碳排放，以及对这些排放的一些抵消。大多数场景假定，在向清洁能源过渡期间，将使用到化石燃料公司目前储备的1820亿吨碳，因此抵消是必要的。造林（通过种植树木以建立新的森林区域）因成本较低常被提出作为一种抵消方案。但造林作为大规模抵消方案的可行性尚不明确。 

法国ESSEC商学院的Alain Naef和同事评估了使用造林手段，到2050年抵消世界上最大的200家化石燃料公司当前储备的总潜在排放量的可行性。他们发现，要抵消现有储量，造林面积需大于2475万平方公里，比北美洲的陆地面积还要大。要将这么大的面积转化成森林，只能迁移现有社区和耕地，并破坏现有的关键自然栖息地。 

作者还估计了所研究公司的“净环境价值”。他们将这一概念定义为：从当前市场估值中扣除抵消现有化石燃料潜在排放所需成本后，公司剩余的财务价值。作者发现，以2022年欧洲平均排放抵消成本每吨二氧化碳83美元计，95%的公司的净环境价值将被扣到负值。 

作者总结说，尽管他们的分析存在一些简化，但结果表明，对公司而言，与开采并抵消化石燃料相比，停止开采化石燃料在经济上更为有利，且造林并非抵消所有二氧化碳排放的可行方法。 

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