从生物多样性的角度来看，北极苔原虽不至于像荒漠那样孤寂冷清，但也远不及热带雨林那般热闹非凡。其下厚厚的永久冻土层使得高大植物难以扎根生长，于是成为了苔藓、地衣、一些草本植物和矮小灌木的天地。一些动物也会不时到访，如北极兔、驼鹿等，对它们来说，苔原上的食物虽谈不上可口，但果腹足矣。降水和融雪让苔原上有了流水，运气好的话，你还能在水里看到鲑鱼。稍暖的时候，一些南方候鸟会来此停歇，尽管北极的寒冷留不住它们的冬天，但至少留下了它们夏天的回忆。
美国阿拉斯加州苏厄德半岛北极苔原的一处，上图为1980年红外航拍，蓝色箭头表示水的流向；下图为2019年的卫星图，白色箭头指出了比较明显的一些水坝。图片来源：Tape.et al, 2022
北极苔原就像一个宁静小镇，冷清但不孤寂。而这个时候，不知是谁，竟在苔原上修起了“水利工程”。
下图两张照片分别是 1980 年的红外航拍照片和 2019 年的卫星图，它们显示的是同一条北极苔原溪流，位于美国阿拉斯加州苏厄德半岛（Seward Peninsula）。从天空上看，1980 年的这条溪流还只是一条细线，而到了 2019 年，这根细线的各处“膨胀”出了多个水塘。
这些水塘的出现，不是因为山洪野火，也不是因为地震地陷，而是有“人”在溪流上修了大量的水坝，拦下了流水，水流向周围扩散，渐渐积成了水塘。
北极苔原上出现的水坝。图片改自：Tape et al, 2018
尽管这样的工程怎么看都像是人类所为，然而事实却并非如此，在这些地方修建水利工程是当地法律不允许的。当然这些法律只能管人，管不了自然界里那群擅长修水坝的著名“基建狂魔”——河狸。这些水坝正是它们的杰作，它们显然已经把“基建业务”扩展到了北极苔原。
河狸：想不到吧，水坝都是我建的。图库版权图片，不授权转载
01
水利工程师
世界上现存两种河狸，这次在北极“装修”的是北美河狸（Castor canadensis），主要生活在北美地区；另外一种河狸叫欧亚河狸（Castor fiber），在我国也有分布。
河狸的蹼状后爪以及像船桨一样的尾巴使得它们在水中是游泳好手，可一旦到了陆地上就成了一个个行动不便的小毛球，很容易被狼、郊狼等天敌当作自助餐。因此，为了尽量呆在让自己更有安全感的水中，河狸们把“水利工程师”的技能刻在了它们的基因里。
河狸的蹼状脚和船桨一样的尾让它们更擅长游泳，但在陆地上行动不便。图库版权图片，不授权转载
水坝的修建源于河狸对“湖心别墅”的追求。河狸的巢穴通常位于它们在水上用树枝和泥土等搭建的“小木屋”中，“小木屋”的入口在水下，上方有一个小口用于巢穴内的空气流通。河狸们通过水下的入口进出巢穴，这样它们的行踪对于捕食者来说，就显得较隐蔽。
河狸巢穴示意图，制图：马东源，原图片来源 ：Pixabay，拍摄：Bridesmill
然而仅有这样的“小木屋”，它们是一点都不满足的，周围环境也一定要足够惬意才行！巢穴周围的水流不能太急，最好是静水，不然“小木屋”不稳固；水位得够高，这样才能保证入口能修在水下；周围水域还必须足够宽阔，这样它们才有更多的活动空间，并且在寻找食物时能少走陆路，遇到危险能及时游走；水温还得合适，不能太冷。
于是河狸们开始了水坝的修建。它们首先用淤泥、树枝、小石头等拦住水流，再用树干等不断加固修整，最终建起了一座座水坝。在水坝的作用下，河岸带扩大，水位抬高，水量大，水流缓，也就更能保存热量，更加暖和。水坝修建好后，它们还会时不时地回来检查、维修、加固，以保证水坝的正常工作。不仅如此，河狸们还会在周围修建很多的小“运河”，为自己扩展水路，有时是为了方便运输修坝用的木头，有时是为了离食物更近。总之，河狸所到之处，各种“水利工程”几乎是必不可少。
河狸修建的水坝。图库版权图片，不授权转载
02
水坝修着修着
就修到了北极
“从天上看河狸改造北极地貌的规模和速度，就如同在北极烧了一场大火一样”，美国阿拉斯加大学费尔班克斯分校（University of Alaska Fairbanks）的生态学家肯·泰普（Ken Tape）在一次采访中说到。
从前，河狸并不被认为是在北极地区生存的动物，北极苔原也不像是适合河狸居住的生境：这里大多数地方都结着冰，“水利工程师”们无法施展自己的水坝技术，也找不到地方修建自己的“小木屋”。苔原上那一层薄得可怜的植被也让它们无法找到修水坝的“建材”，而且食物还少得可怜。
但往时不同今日，在全球变暖的趋势下，北极地区也面临着气候变化的问题。自 19 世纪末以来，北极地区平均气温升高了 1.8℃。温度持续上升，流水结冰的时间缩短，植物的生长期增长，更多的灌木（甚至乔木）长了起来。环境渐渐改变，从前不愿意来的那些客人现在欣然来访，河狸就是其中之一。
北极苔原上，河狸在巢穴周围建的水坝，把附近的环境改造成了“河狸水塘”。图片来源：Tape. et al, 2018
通过对美国阿拉斯加州北极苔原 70 年间（1949-2019）遥感数据的研究和对当地居民的采访，泰普和同事发现河狸最早在约 1980 年来到这里修建水坝并形成“河狸水塘”（beaver pond），之后水坝的数量持续增多，仅在 2003-2017 这十多年间，大部分地区“河狸水塘”的数量都翻了一番。一直到 2019 年他们一共发现了 11377 个“河狸水塘”。
美国阿拉斯加北极苔原11377个“河狸水塘”的密度图。图片来源：Tape et al. 2022
“没有多少动物能像河狸这样，在地球上留下的痕迹甚至从太空中都能看到。当然，另外一种有如此能力的动物叫做人类。”泰普说到。
河狸的“水利工程”，毫无疑问让它们在北极苔原以南的森林中，成为显著影响生态系统和物种组成的关键物种（keystone species）。河狸的水坝改变了水的流速、水位、温度等多种性质，因此改变了水中无脊椎动物以及微生物的组成，从而改变水中的营养组成。对鱼类来说，水坝一方面可能阻碍鱼的游动迁徙，另一方面又为很多鱼类提供了合适的产卵繁殖环境。河岸扩宽等因素又为很多河岸植物提供了生长条件，随之而来的，就是以这些植物为食的动物或以它们为栖的鸟类……有研究表明河狸还在其所在湿地生态系统的水土保持和干旱防御中起着关键的作用。曾经，美国科学家甚至还成功地通过在河流中引入河狸而成功地利用“河狸水坝”拯救过一种虹鳟（Oncorhynchus mykiss）。
河狸的生态作用不可小觑，美国科学家曾经成功利用“河狸水坝”提高了虹鳟的数量、存活率和繁殖率。图片来源：Oregon State University
03
福兮祸兮？
河狸到北极，对北极本身的生物多样性可能是好事。但对全球气候来说，可不一定。
河狸的到来对北极的生态系统来说意味着什么，目前还没有确定的结论，不过泰普和同事对此做出了很积极的预测。结冰的水环境和低温，曾让很多生物对北极苔原都望而止步。而“河狸水塘”的出现，增加了地表水面积和深度，使其更能保持热量而不易结冰，很可能会吸引许多新的水生物种迁移至此。
“要来一起玩吗？”图库版权图片，不授权转载
北极苔原虽然也有几种鲑鱼的身影，但它们从前更多只是路过，河狸对这里水环境的改变给这些鲑鱼提供了在此产卵繁殖的可能。储存在冻土里的矿物质也可能会随着河狸的“水利工程”而暴露出来，促进周围灌木的生长，灌木的崛起又会吸引来更多的其它的生物。河狸的出现，或许就像在北极苔原这个宁静小镇上，建了一些集市，逐渐吸引周围零零星星的居民过来狂欢，慢慢变成一个热闹的地方。
对北极苔原的生物多样性来说，河狸的影响或许是正向的，但它们的一个可能的负面影响，却值得我们所有人重视。“河狸水塘”带来蓬勃生机的代价，是融化了的永久冻土层。根据估计，永久冻土层中的碳含量大约是大气中的两倍，冻土层的突然解冻会释放其中的二氧化碳和甲烷，继续加剧气候变化。而“河狸池塘”淹没覆盖的区域，便会导致其下的永久冻土层解冻，如果河狸在北极苔原继续大规模地建设水坝，那它们可能真的是在“燃烧北极”，持续将永久冻土里的温室气体释放了出来。
河狸对北极苔原水环境的改变，红色箭头表示河狸的水坝，黄色箭头是可能的永久冻土融化地点。图片来源：Jones et al, 2020
河狸因为气候变暖来到北极，而来到北极它们可能还会继续加剧全球变暖。泰普和同事也预测河狸在北极苔原的数量今后会更多，它们的活动范围也会越来越向北。未来对北极苔原河狸的更多研究和管理也显得很重要。
但不论是好是坏，有一点或许可以确定，美国阿拉斯加州北极苔原的未来，因为河狸的到来，正在发生剧变。
河狸对北极苔原的可能影响。图片来源：Tape et al, 2018
参考文献：
[1] https://www.nature.com/articles/s41598-022-09330-6
[2] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.14332
[3] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab80f1?utm_source=mp-fotoscapes#erlab80f1f8
[4]https://web.archive.org/web/20200123132507/https://www.aphis.usda.gov/wildlife_damage/beaver_damage/downloads/Baker%20and%20Hill%20Beaver%20Chapter.pdf
[5] https://wires.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/wat2.1592
[6] https://www.nature.com/articles/srep28581
[7] https://www.businessinsider.com/beavers-invade-alaska-arctic-tundra-photos-satellite-images-damage-2023-1
[8] https://www.livescience.com/why-beavers-build-dams
[9] https://animaldiversity.org/accounts/Castor_canadensis/
[10] https://ucmp.berkeley.edu/exhibits/biomes/tundra.php
本文为科普中国·星空计划扶持作品
团队名称：环球科学
作者：马东源
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
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