世界两极的冬天对谁来说都不是好时光。在北极和南极，太阳可能在极夜期间消失数月，气温可能骤降至华氏零下40度以下。食物难以获取，风也异常猛烈持续。
然而，一些动物坚持留了下来，而另一些则迁徙以躲避严酷的寒冷和黑暗。尽管这片景观看起来一片荒凉，但生命并不会因为极夜的降临而停止。在陆地、海洋以及它们之间的冰面上，动物们继续吃、睡、交配。
“人们可能想不到，冬天在北极地区比我们想象的要多得多，” 渥太华加拿大国家野生动物研究中心的科研科学家格兰特·吉尔克里斯特（Grant Gilchrist）说道，该中心由加拿大联邦机构环境与气候变化加拿大负责运营。“冰面下的东西常常比我们想象的要活跃得多。”
近年来，科学家们对那些能在黑暗中生存下来的顽强动物有了新的认识。但它们究竟是如何在这里生存下来的呢？
陆地
少数勇敢的动物在苔原上度过它们的冬天。麝牛会在雪下嗅探植物，并披着比绵羊毛厚八倍的厚实内层毛皮。比绵羊毛厚八倍。驯鹿也依靠两层毛来保暖。它们的鼻子可能不会发光，但它们富含血管，可以预热吸入的空气。它们甚至还有一个应对黑暗的绝招。阿拉斯加大学费尔班克斯分校的生理学家科里·威廉姆斯（Cory Williams）说：“在弱光条件下，驯鹿的眼睛有一个奇特的适应性，使它们能够利用比普通眼睛更多的紫外线。”能够看到紫外线光谱帮助驯鹿辨别雪中的植物。
北极熊在冬天依靠它们的嗅觉来寻找食物，同时还会利用太阳落山后残留的微弱光线。“尽管我们认为这是持续的黑暗，但它实际上并不是完全的黑暗，”威廉姆斯说。北极狼可以忍受四个月的冬季黑暗，它们在月光和星光下狩猎，并利用灵敏的鼻子寻找一英里外的猎物。
其他生物随着冬季的到来钻入地下。“雪下有一个完整的生态系统，我们只是在表面上看不到任何东西，”威廉姆斯说。白鼬、旅鼠和田鼠会退到雪层下方。这些啮齿动物在雪中穿行，寻找去年剩下的种子和植被。而像威廉姆斯研究的北极地松鼠这样的动物则在冬天冬眠。到十二月，它们小巢穴周围的土壤会冻结，温度降至华氏零下13度（地表温度在风寒效应下可能达到华氏零下76度）。
冬天食物非常稀少。“这绝对是一个食物匮乏的时期，”威廉姆斯说。“冬眠者通过在夏天储存大量的脂肪来应对这种情况。”其他小动物则采取更极端的措施。一些啮齿动物会在冬天缩小身体以减少能量需求；威廉姆斯说，田鼠可以缩小一些内脏和肌肉的体积，而鼩鼱甚至会缩小它们的骨骼。
寒冷尽管严酷，但它并不是决定极夜期间生命活动的关键因素。挪威特罗姆瑟大学的海洋生物学家约根·贝尔格（Jørgen Berge）在一封电子邮件中说：“光线比温度重要得多，尤其是在极地地区。”阳光意味着温暖和光合作用，但它也设定了我们的生物钟。
在北极较低纬度地区，光线在白天和黑夜之间仍有微妙的变化。“太阳永远不会升起，但它离升起越来越近了，”威廉姆斯说。但是，你走得越北，维持昼夜节律就越困难。昼夜节律控制着睡眠模式、消化、体温和其他功能。在北极的冬天，许多动物完全停止遵循24小时的日常作息。北极地松鼠在北极夏天的持续日照期间会保持它们的昼夜节律，但在冬天的冬眠期间则不会。斯瓦尔巴驯鹿和旅鼠等啮齿动物会采用短时间的进食、消化和打盹的周期。“它们不再有每天一个集中的睡眠期，而是分散在一天中的这些小块时间里，”威廉姆斯说。其他动物，如类似鸡的岩雷鸟，在冬天的睡眠和活动模式没有明显的规律。
在人类身上，昼夜节律的紊乱会扰乱我们的新陈代谢，并随着时间的推移增加患癌症和心脏病的风险。但科学家们认为北极动物不会受到这种变化的影响。“它们很好地适应了这种情况，所以它们不会有同样类型的问题，”威廉姆斯说。然而，北极生物如何在失去昼夜节律的情况下避免健康问题，仍然是个未知数。
海洋
人们曾经认为，极夜下的海洋是一个贫瘠、沉寂的地方。毕竟，没有阳光就没有浮游植物的新生长。这些藻类和其他光合生物喂养磷虾等海洋动物，磷虾又成为更大型、更具捕食性的生物的食物。
“我们所有人都曾认为，极夜是一个没有生物活动的时期，包括我自己，”贝尔格说。“但现在这种观点已经彻底改变了！”2007年，贝尔格意外地发现了极夜期间海洋的繁忙程度。那个冬天，他的声学传感器捕捉到了浮游动物在斯瓦尔巴德群岛附近水域上下移动的证据，该群岛位于挪威和北极之间。
这种大规模的运动发生在世界各地的海洋中——微小生物在夜间迁徙到海面进食，然后在白天退回深水区以躲避捕食者。这被称为昼夜垂直迁移，可能是地球上最大的日常迁徙。但没人想到它能在黑暗中持续。
此后，贝尔格及其同事观察到，在冬天，这种迁徙依赖于月光的照明。“正如神话中由月光驱动的狼人的狩猎行为一样，我们的数据显示了一个月光驱动的现实，”他们在《Current Biology》杂志上写道。然而，这些微小生物以什么为食——以及为什么它们会不断回到海面——还不完全清楚。
年复一年，贝尔格和他的团队在极夜期间返回海洋，观察到海洋动物的活动。在水面以下20到40码的深度，生物发光浮游动物发出的光足以盖过月光和太阳的微弱光芒。磷虾利用它们灵敏的眼睛来充分利用冬季的昏暗。扇贝通过食用漂浮的碎屑来稳步生长，尤其是在没有新鲜浮游植物的情况下。
还有更大的动物，包括大量的 jellyfish、虾、北极鳕鱼和鱿鱼。科学家们甚至看到了海鸟潜水觅食。更重要的是，它们饱餐一顿。“它们依赖于每天寻找食物，”贝尔格说。“看到一只小海雀或三趾鸥吞食磷虾或桡足类动物，这些食物都是在短短几个小时内找到并吃掉的，在我看来，这是该系统完全运转的最有说服力的证据。”
不知何故，鸟类在黑暗中也能成功捕猎。但这并不意味着它们不会利用找到的光——海雀和三趾鸥似乎被吸引到潜水员的灯光和港灯的光束。
然而，对其他动物来说，人造光实际上是一种滋扰。即使是小型研究船的微弱光线也足以让浮游动物逃离，贝尔格及其同事在1月10日的《Science Advances》杂志上报道。他说：“这是因为它们自然地与环境高度协调——它们适应了感知并对光线的微小变化做出反应。“这意味着它们‘天生’就容易受到突然明亮的人造光的影响！”
研究人员派出一艘机器人皮划艇，记录了浮游动物在其船只光照范围内的和远离光照范围内的运动。事实证明，浮游动物试图逃离不自然的光线，下潜到约80码的深度。这表明，在极夜期间，北冰洋的生命比科学家们迄今为止追踪到的还要多。
冰
随着冬天的降临，覆盖北极海域的浮冰不断增长，开阔水面越来越难以找到。这对海鸟来说是个坏消息，它们需要能够潜入水面以下寻找食物。墨西哥湾流使欧洲北极的挪威海岸沿线部分地区保持无冰状态，因此绒鸭和其他海鸟可以在冬天留下来，但这更多的是例外而不是规则。“大多数鸟类都在迁徙以逃离那里，”吉尔克里斯特说。
然而，少数几只并没有走远。哈德逊湾绒鸭在加拿大的贝尔彻群岛度过冬天。“它在北极圈以南，但气候和条件绝对是北极性的，”吉尔克里斯特说。白天只有几个小时，风暴期间气温会降至零下31华氏度，风速可达每小时75英里。
“但是那里有海鸟在黑暗中生活，”吉尔克里斯特说。这是因为这些岛屿的形状和强大的潮汐洋流使得冰层周围会形成开阔水域。这些被称为“海洋永久性冰区”（polynyas）的区域成为了绒鸭的家园。白天，它们在水下寻找贻贝和海胆。黄昏时分，它们会回到冰缘，挤在一起以保存能量。“然后到了晚上，北极狐和北极熊会来捕食那些体弱的、以及挤在群体边缘的鸟类，”吉尔克里斯特说。
冰上确实散落着死去的绒鸭，但捕食者会忽略它们。“当它们冻硬时，北极狐很难真正吃下去，”吉尔克里斯特说。“那只狐狸宁愿杀死一只新鲜、温暖的鸟儿并快速吃掉它。”
他和他同事们还观察到，雪鸮会在冬天跟着绒鸭出海并在冰上栖息。加拿大北极地区的多数雪鸮会在安大略省的草原过冬。但是，“一些雪鸮实际上在冬天变成了海鸟，在浮冰上以海鸟和海鸭为食，我猜想它们是利用黑暗作为优势，”吉尔克里斯特说。
海洋永久性冰区有时会形成在足够远的北方，为动物在极夜降临后提供栖身之所。位于埃勒斯米尔岛和格陵兰西北部之间的北极之水永久性冰区就是这样一个避风港。“有些海洋哺乳动物在那里完全黑暗地度过三个月，”吉尔克里斯特说。“关键在于这些开阔的、可预测的水域，这为它们提供了与空气接触的机会。”这吸引了海象、白鲸、独角鲸和海豹。
一种似乎会坚持到极夜的鸟是象牙鸥，它在加拿大和格陵兰之间的水域过冬。“它们在黑暗中花费大量时间，而它们是如何维持生计的，真的很难知道，”吉尔克里斯特说。人们知道这些海鸥以鱼类和在冰上产仔的海豹的胎盘为食。吉尔克里斯特说，这种非常灵活的饮食习惯很可能帮助象牙鸥即使在黑暗中也能抓住任何觅食机会。
在南极洲，帝企鹅也必须忍受极夜。这些鸟类以在严酷的漫长冬季中生存而闻名，雄性在孵化蛋期间禁食超过100天。大多数企鹅在冬天会撤退到内陆，但科学家们在本月早些时候报道说，一些帝企鹅留在海冰边缘附近。这意味着它们在产卵前有时间潜水捕食，不必像同伴那样长时间禁食。“它们通常是视觉捕食者，但企鹅可以在夜间觅食。我想，这是其中的一个例子，”圣地亚哥斯克里普斯海洋研究所的生物学家、合著者杰拉尔德·库曼（Gerald Kooyman）告诉《Popular Science》。
神秘的领域
贝尔格目前正在进行他的第七次极夜研究考察，他希望在此期间找出光污染需要达到什么程度才会干扰当地的浮游动物。几周前，他和同事们驾驶一艘小型船只离开了他们冬季的第二个家——一艘大型研究船。一旦他们逃离了人造光源，生物发光就令人惊叹。“你能看到你脚下生物发光的奇迹——闪耀着蓝绿色光芒，”他说。
事实证明，破冰船是研究极夜最舒适、最安全的地方。研究人员对冬季海洋的了解比对陆地或浮冰的了解要多。“科学家们受到限制，无法在冬天北极的夜晚去到野生动物出没的地方，”吉尔克里斯特说。通常，他们所能做的最好的就是在大约的温暖月份给动物带上卫星追踪器，并在冬天用它们来追踪它们的行踪。
对吉尔克里斯特来说，船不是一个选择。“北极许多对海鸟重要的沿海地区都是‘未测绘’的，并且有危险的水下珊瑚礁和浅滩，”他说。“我试图去‘事件发生地’……那里有狐狸、熊、绒鸭和海鸟，以及雪鸮的聚集地，而其中很多都发生在浮冰上，我们无法到达。”
因此，他与经验丰富的因纽特向导一起露营，并搭建了胶合板观察掩体，里面有炉子，可以将温度提高到零下4华氏度。他形容这“就像坐在一个冰箱里”。“如果你犯了错误或淋湿了，你可能会丧命；这是一项非常危险的工作。”
尽管极夜生态系统及其周边地区极端，但它也很脆弱。北极的升温速度比地球上任何地方都要快。这意味着北极海域的冰会减少，使得冬季的光线能够深入到更深的水域。此外，航运路线将进一步向北推进，带来人造光的涌入。贝尔格的研究表明，这可能对习惯在深邃黑暗中活动的海洋生物构成问题。
科学家们还担心，北极的冬季降雨将变得更加普遍。当雨水落在地上结冰时，它会锁定啮齿动物、驯鹿和麝牛赖以生存的植被。“他们遇到的不是雪，而是冰，”威廉姆斯说。未来，麝牛可能不再能在西伯利亚或阿拉斯加居住，可能只能在格陵兰遥远的北部找到。
我们对动物如何度过极夜仍有许多不了解之处，更不用说它们在气候变化面前的脆弱性了。但是，黑暗和寒冷的环境不会阻止穿着派克大衣的科学家们回到这个崎岖的环境——或者尽可能接近它——来找出答案。
