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世界屋脊之上,北半球最豐富的高山植物相——橫斷山

游旨价_96
・2021/06/16 ・3402字 ・閱讀時間約 7 分鐘

全球聚焦的高山生態系

臺灣是地表上罕見的高山島,海拔三千之上的高山面積雖小,卻展現了與亞熱帶平地截然不同的生態與景觀。其中,高山植被帶做為島上分布最高的生態系,生長其中的各類高山植物受到造山運動以及極端生境的影響,演化出獨特的形態以及物種分化歷史,從日本時代起就吸引了博物學者的目光。其實不只臺灣,全球研究人員對高山生態系以及高山生物的演化也都抱持著極大的好奇心。

近十年來高山生物研究屢屢在頂尖期刊上發表,許多學者認為若能弄清高山生物獨特多樣性的起源,一定能大幅增加我們對自然世界的理解。可惜的是,臺灣目前高山生物的研究能量仍然不足,因此向世界其他高山的研究案例借鏡,對於我們探索自己家園的高山生物就顯得十分重要。 2020 年十月,一篇由中國與美國學者合作,刊登在《科學》雜誌的古植物學文章—〈古老造山運動和季風演化共同形塑了世界最豐富溫帶高山植物相的形成〉 (Ancient orogenic and monsoon-driven assembly of the world’s richest temperate alpine flora) —正好是一篇題材新穎,值得介紹的有趣案例。

在橫斷山區高海拔碎石坡上尋找植物的研究人員。圖/作者攝影,攝於香格里拉天寶雪山

在世界屋脊之上盛開的花園——橫斷山

位於亞洲東方,由青藏高原、喜馬拉雅山和橫斷山所構成的廣大山域是世界上面積最大的高山地帶,孕育著當今地球上最豐富的高山植物種類。其中毗鄰在青藏高原東側的橫斷山,雖曾一度披著神秘面紗,卻在近五年躍上生物研究的國際舞臺,成為瞭解北溫帶高山植物起源與演化的新熱點地區。

橫斷山對我們來說也許不陌生。三條東亞大河:薩爾溫江、瀾滄江和金沙江在此由北向南切過高山與高原,形成地理課本裡的地質奇觀三江並流大峽谷。冬天,峽谷兩側的山峰被白雪覆蓋;夏天,激烈的季風降雨襲擊著山峰,激烈的自然營力將橫斷山雕刻出巨大的海拔落差,創造了如同臺灣高山一般得跨緯度山的氣候帶。

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擁有巨大海拔落差的橫斷山脈,圖為梅里雪山上的明永冰河與低海拔的乾熱河谷。圖/作者攝影

在《科學》雜誌針對〈古〉一文的一篇科普報導裡,作者之一的理查德 ˙ 雷博士 (Richard Ree) 表示:「橫斷山一個迷人的地方,特別是在植物學方面。」他指出,乍看之下橫斷山的高山草原景觀與世界其他山脈的(比如北美的洛磯山脈)十分相似。但細看之後你會發現,這裡的物種要比其他地區多出 10 倍。尤其是杜鵑花、報春花和龍膽花的種類特別多。

橫斷山為什麼會有這麼多的高山植物呢?這個問題成為了當代演化生物學者關注的一個焦點,也是〈古〉一文裡最重要的一個科學命題。以丁文娜博士和星耀武博士組成的研究團隊選取 18 個分布在青藏高原、喜馬拉雅山和橫斷山的代表性植物分類群,分析它們的 DNA 序列、重建親緣關係樹,確定了各分類群內物種之間的關係以及它們各自的演化軌跡。然後利用化石作為新物種產生所需的時間基準,研究團隊得以可靠地推論出物種之間共同祖先的起源時間,並依此將植物分化歷史與橫斷山地質歷史上的關鍵事件聯結起來。這種結合分子親緣關係學與古生物學的方法讓研究人員能夠估算出物種分化率,以及新物種從一個地區傳播到其他地區的頻度,幫助我們瞭解氣候和環境變化如何影響地球上的生命。

橫斷山的物種要比其他高山地區多出 10 倍。圖/作者攝影

古老的造山運動和季風的強化創造的生物多樣性熱點

雖然地球上不乏其他與橫斷山一般古老或更古老的高山山脈,但是那些高山之上的高山植物起源年代都比橫斷山年輕了千萬年。〈古〉文的結果顯示,大約在 3000 萬年前的漸新世,現今分布在青藏高原、喜馬拉雅山和橫斷山的某些植物類群已經率先起源在橫斷山,這年代遠早於目前已知的其他高山植物相起源時間。之後,更多的新物種在橫斷山區出現,呼應著大約 1900 萬到 1700 萬年前橫斷山內部分山區的海拔隆起事件。

到了大約 1500 萬年前的中新世,著名的東亞季風系統強化所帶來強烈的降水,既重塑了橫斷山高山深谷的景觀,也間接加速了植物的種化。理論上,如果一個地景內的崎嶇程度 (ruggedness) 增加,物種不同族群間的交流受到的限制也會增加。你可以想像,對生物而言,穿越一個較深的山谷通常比穿越一個淺的山谷更難。因此,任何時候只要物種不同族群間的地理隔離程度提高,物種分化的速率都會增加。

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當橫斷山的高山植被帶可能成為世界上最古老的高山生態系之際,研究人員也猜測可能正是因為橫斷山的高山植物起源早,才有足夠漫長的演化時間來積累出很高的多樣性。然而,除了時間因素,〈古〉的作者們也強調了橫斷山區中一種獨特的環境因素-強烈的季風降雨。季風降雨不僅僅是為植物的生長提供充分的水,它在創造一個更加崎嶇的地形方面也發揮了巨大的作用,促進了峽谷的侵蝕、分割,最終造成植物族群分布零散,在地理隔離的機制下有機會分化成新的物種。

古老的造山運動和季風將橫斷山塑造成北半球高山植物多樣性最高的熱點地區之一。圖/作者攝影

其實地質學家一直對橫斷山的形成歷史感到困惑。不久前,他們認為這些高達 4500 米的山峰形成於大約 500 萬年前的上新世。但最近的研究基於新的放射性測定法卻顯示它們形成於大約 3000 萬年前,這個結果與 〈古〉一文用 DNA 分子定年得出的的結果十分相符,為橫斷山高山植物的古老起源提供了地質學的證據。有趣的是,在許多地質或古生物學者眼裡,這篇文章像是從生物學上佐證了地質學研究的結果,意外獲得許多關注。

除了古地質、氣候的影響,橫斷山高山植物多樣性特別高的現象可能也帶有些機遇的成份。第四紀冰河期時,由於橫斷山所在的緯度可能限制了山岳冰河的發育,減緩了橫斷山區的冰河運動,而冰河運動正是使許多北半球高山的高山植被帶滅絕的主因之一。此外,橫斷山的南北走向也可能為植物提供了一條往南部溫暖地區傳播的機會,高山植物的種子被動物、風或水帶到南方的避難所。

不過,〈古〉文的作者們也發現橫斷山高山植物的傳播不僅止於橫斷山內,透過比對橫斷山與喜馬拉雅山、青藏高原高山植物多樣性的演化過程發現,橫斷山高山植物的種化大都是經過原地種化 (in situ radiation) 的機制所產生。而且這些起源於橫斷山的物種成為了鄰近高山區域植物多樣性的主要來源。據研究團隊的統計,現今喜馬拉雅山和青藏高原的高山植物類群中各自有 42% 和 44% 是從橫斷山起源的。尤其是在過去 250 萬年間,從橫斷山傳播到喜馬拉雅山和青藏高原的速率明顯加快,顯示在第四紀氣候震盪的時期,橫斷山成為了亞洲高山植物的重要避難所。

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橫斷山與喜馬拉雅山和青藏高原的位置關係。圖/Wikipedia

世界最古老的高山植被帶面臨的現世威脅

此刻正值全球生物受到氣候暖化威脅之際,高山植被帶做為目前受害最深的一種生物群落,我們對它們的瞭解越多也就越有可能提高我們減輕它們生存威脅的能力。〈古〉一文提供了我們很多對高山植物保育的再思考。譬如,針對橫斷山高山植被帶能夠存續三千萬年的歷史際遇,〈古〉文作者們認為瞭解歷史上的環境變化如何影響 2000 萬年前的高山植物,可以幫助我們預測今天的氣候變化將如何影響它們的後代。然而也有學者認為如果橫斷山特別突出的植物多樣性不是受到山區內現今環境的影響,而大抵受宰於過去的環境變遷歷史,那麼傳統上預測植物對全球暖化作出反應的方法可能就沒有太大作用了,高山植物的保育工作可能比我們想像的還要困難。

高山植被帶是目前受全球暖化威脅最深的生態系之一。圖/作者攝影

不論如何,研究人員都同意,這些發現對於理解地質和氣象力量如何塑造高山植被帶以及預測它如何應對未來的氣候和景觀變化都有意義。如果我們能夠瞭解高山植物在過去是如何種化以及存續至今的過程,我們可能會更好地掌握它們在下個世紀可能會變得多麼脆弱。

參考資料

  1. Ding, W. N., Ree, R. H., Spicer, R. A., Xing, Y. W. (2020). Ancient orogenic and monsoon-driven assembly of the world’s richest temperate alpine flora. Science, 369(6503), 578-581.
  2. Many beloved garden flowers originated in this mountain hot spot—the oldest of its kind on Earth. https://www.sciencemag.org/news/2020/07/many-beloved-garden-flowers-originated-mountain-hot-spot-oldest-its-kind-earth
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成長於臺中太平,畢業於台大森林所。熱愛山林與自然,行蹤踏遍臺灣山野,亦數次前往世界各地採集與觀察植物,靠著野外工作凝聚自身在高山植物議題上的見解,以瞭解全球山地植物多樣性的起源為職志。著有《通往世界的植物-台灣高山植物的時空旅史 》一書。

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花中西施是誰?點綴山野的臺灣原生杜鵑花——《橫斷臺灣》
春山出版
・2023/07/30 ・1712字 ・閱讀時間約 3 分鐘

臺灣原生的杜鵑花——烏來杜鵑

在進入大學之前,我對臺灣原生的杜鵑花物種瞭解甚少。小時候,我曾認為所有的杜鵑花都是同一種植物,只是天生具有各種花色。甚而,由於經常出現在校園或私人花園裡,我也一度以為杜鵑花必須和人類在一起才能存活。一直要到我開始登山,接觸了山岳文學,才從鹿野忠雄的著作中認識到臺灣原生的玉山杜鵑,並發現它原來與日常生活中的杜鵑花大不相同。

後者大多是園藝栽培而出的品種,較能忍受夏季平地的高溫。此後,在植物學課程中,我進一步瞭解到臺灣除了玉山杜鵑,還有至少十六種本土杜鵑花。它們大多是山地物種,從烏來的丘陵到太魯閣的石灰岩峰,從大武地壘的密林到雲海之上的玉山之巔,只要走上山,你基本上都能遇到臺灣原生杜鵑花。

而我從童年開始對杜鵑花的錯誤印象,純粹只是因為我不會爬山,沒有能力到山裡和杜鵑花相遇。

玉山杜鵑。圖/行政院農委會林試所

對喜愛植物和山林的人來說,春天是一年一度,他們和山地杜鵑花說好相見的時刻。每當第一道花訊從山巔傳來,他們便紛紛趕赴山林,無視親友的不解,無畏春雨及山上的詭譎天氣。遼闊的中央山脈就是他們的私人多寶格,收藏著十七種姿色各異的原生杜鵑花,每年都要在此時仔細審視一次才能舒心。

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相對的,我雖然也喜歡山地杜鵑花,但並非將它們視為一套植物珍玩。我喜歡,是因為它們經常在山上撫慰我的疲憊心靈,更是建構臺灣高山植被裡的重要植物。十七種原生杜鵑花各自獨具特色,從形態到自然史,揭示了島嶼與特有種演化的奧祕。

慚愧的是,雖然至今山齡將滿二十年,我卻仍未見過臺灣全部的原生杜鵑花。臺灣看似狹小,但山就像巨大的迷宮,充斥著未被踏過的角落。玉山杜鵑雖然是我知曉的第一種臺灣原生杜鵑,但我跟它充其量只能算在書裡神交過,我真正親眼見到的第一種原生杜鵑花並不在山裡,而是在臺大的校園。

杜鵑葉片形狀之謎

它叫烏來杜鵑,曾經在臺北盆地郊山生長,如今已在野外滅絕。因其美麗脫俗的粉色花朵,深受人們喜愛,在經過保育單位復育後,現已廣泛種植於各地。不開花的烏來杜鵑乍看之下並不好認,它就是一般常見,外觀纖弱的某種小灌木。我是在樹木學助教的指導下才知道它的特徵——柳葉狀且密生紅棕色剛毛的葉片。然而助教卻沒說,為什麼烏來杜鵑會有這種形態的葉片,因此我也一直無法將這個特徵認真刻在腦海裡。

美麗的烏來杜鵑雖目前多種植於校園,但身上的特徵可能暗示了它原生的生育地樣貌。圖/《橫斷臺灣》

二○一五年,我獲得日本交流協會的資助前往日本擔任訪問學生。在關西地區進行野外植物採集時,有植物小百科稱號的友人伊東拓朗向我介紹了一種在河谷中生長的杜鵑花,名為皋月杜鵑。

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他告訴我,皋月杜鵑是一種溪流植物(riparian plant),擁有隨河流環境演化而來的獨特形態,例如,它具有披針狀且厚實的葉片。這類葉片因呈流線形,能減少植物在水流中所受的阻力,當植物因河水暴漲而被淹沒時,便可於激流存活。

聽完伊東君的介紹,我突然想到烏來杜鵑。它那狀似柳葉的葉片、細小但柔韌的枝條,是否也與它的生存息息相關呢?從過去的採集紀錄得知,烏來杜鵑喜歡生長在河岸邊,甚至似乎只分布在北勢溪的上游。烏來杜鵑柳葉狀的葉片看似十分流線,與皋月杜鵑一樣,有可能是幫助它應付臺灣北部夏季溪谷洪水的適應性特徵。

此外,雖然未能在過往研究報告中找到剛毛與河谷生育地間的關聯,但另一方面,說不定柔韌的枝條在洪流中也較不易被沖斷。事隔多年,我這才順利地把當年助教描述的東西牢牢記住。

——本文摘自《橫斷臺灣》,2023 年 7 月,春山出版未經同意請勿轉載。

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臺灣美麗的森林怎麼形成?東亞地區的氣候變遷如何影響生態?——《橫斷臺灣》
春山出版
・2023/07/29 ・2245字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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植物學者/獵人威爾森曾說:「福爾摩沙真是名副其實的東方之珠,她最美麗的,是生機蓬勃的樟櫧森林,以及生長在崎嶇陡峭高山上的巨大檜木與挺拔的臺灣杉。」其中的「櫧」,指的就是殼斗科苦櫧屬物種,而樟櫧森林顯然也是在指稱臺灣的山地樟櫟林。

其實不只威爾森,許多博物學者與植物獵人都曾在著作裡提過山地樟櫟林,認為它是東亞十分美麗的一種森林群落。在他們的描述裡,山地樟櫟林樹冠細密相連,遼闊的冠層也沒有太大的起伏;光潔的葉片,映著日光,遠遠看去就像一片閃耀的綠色海洋。

在威爾森等一眾博物學著來臺的年代,山地樟櫟林顯然為他們帶來了美的衝擊,但當時他們對於山地樟櫟林的誕生與演化卻所知甚稀。臺灣為什麼能夠得天獨厚地擁有這樣一片美麗的森林?時至今日,我們已經知道這並非上天對我們的島的偏愛,而是地球環境在內外營力驅動之下所衍生的一種結果。

如前所述,臺灣的山地樟櫟林是東亞常綠闊葉林的一種類型。想要追溯它的起源,必得先瞭解東亞常綠闊葉林的時空演化歷史。從地理分布來看,東亞常綠闊葉林的範圍十分遼闊,但主體仍在亞熱帶地區(北緯二四至三二度和東經九九度至一二三度間)。在亞熱帶,這類森林孕育了令人印象深刻的物種多樣性,也庇蔭了許多冰河孑遺的譜系(臺灣山毛櫸,以及著名的鐘萼木、昆欄樹等)。

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四川盆地東部雅安地區的野生鐘萼木大樹。攝/《橫斷臺灣》

過去半個世紀來,許多學者除了將研究聚焦在這種森林的起源,對於它的擴張與形成歷史很感興趣。一來,因為它分布之處,正是東亞最人口稠密與富庶的地帶;二來,森林裡許多樹種都是優良的經濟林木,極具應用價值。在許多學者眼裡,東亞常綠闊葉林之所以能夠穩定地擴張與繁衍,除了在冰河期時逃過大範圍冰棚覆蓋的威脅外,另外一個決定性的因素是東亞整體溼潤的大環境。

八百萬年濕潤的風,成就山地樟櫟林的擴張

森林系的學生都深知,森林是水的故鄉,但水更是森林的母親。夏季,由西太平洋吹往陸地的海洋季風為東亞帶來綿綿不絕的水氣,替植物營造有利於生長的環境。長久以來,學者們不斷想驗證,在宏觀歷史上,東亞季風是否真的與東亞常綠闊葉林的擴張有所關聯,卻始終受限於資料與分析技術,到不久前都還夙願未償。

二○二二年,研究人員在此問題似乎終於有新的突破。通過 DNA 定序技術,他們從東亞常綠闊葉林裡挑出了二百九十一個優勢分類群(根據粗略的統計,東亞常綠闊葉林裡有大約二千九百個開花植物分類群,分別隸屬於一百四十七個科和七百六十個屬。而此取樣約占所有分類群的百分之十),為它們個別進行親緣關係的重建以及定年分析。然後透過綜合分析(meta-analysis)的方法,統整出了東亞常綠闊葉林發育的時間規律。

他們發現,東亞常綠闊葉林裡大部分的優勢木本類群都可能起源於晚漸新世至早中新世之間(例如殼斗科苦櫧屬、茶科木荷屬、樟科楨楠屬),而各優勢類群之中,物種多樣化的時間則都稍晚一些,落在中新世晚期(大約八百萬年前)。這兩個時間點十分關鍵,因為晚漸新世至早中新世之間正是東亞夏季風可能形成的時代,而中新世晚期則大約是地球科學學者推論的東亞夏季風強度增強的時代。

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東亞常綠闊葉林分布圖。圖/《橫斷臺灣》

無疑的,時間上的耦合關係間接支持了研究人員的假說,凸顯東亞夏季風對亞熱帶常綠闊葉林的擴張與多樣化的重要影響。不過,儘管這個初步結果令人興奮,但研究人員並不滿足於僅使用優勢類群所取得的結果,他們想用優勢類群之外,更多的類群測試這個時間規律。意即,他們想知道整片森林中,每個植物類群的物種多樣化歷史是否都集體起始於中新世晚期。

研究人員的雄心壯志,對我來說或許反映的是東亞生活圈對常綠闊葉林的關注。就像溫帶殼斗科的落葉林對歐美諸國產生的影響,東亞居民的文明與文化數千年來也受到東亞常綠闊葉林的呵護。

化石說故事——半乾旱東亞歷經的巨變

八百萬年來東亞季風的吹拂,維持並守護了東亞常綠闊葉林的生長(尤其是在亞熱帶地區),更促生了許多如今組成臺灣山地樟櫟林的優勢類群。但在八百萬年之前至晚漸新世之間,海洋季風尚未深入東亞地區,化石證據告訴我們,東亞許多地區曾盛行著半乾旱的氣候。當時亞熱帶常綠闊葉林仍處於胎兒的階段,而東半球的常綠闊葉林主要分布在熱帶地區。

究竟晚漸新世以來,東亞是否發生了什麼重大的環境變遷事件?將本該荒煙蔓草,一如北半球其他亞熱帶地區的東亞,轉化爲至今日萬物向榮的模樣?

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過去半個世紀,學者們在遼闊的亞洲大陸上小心翼翼地挖掘化石和石頭,試圖向過去尋找線索。他們靠著滅絕生物以及它們與環境之間交互作用遺留下的痕跡,不斷地歸納出一個結論:巨變確實存在。

然而,意外的是,這些來自已逝之物的線索也同時指出了引發巨變的源頭。位於東亞內陸,一塊舉世無雙的高原的隆起,扭轉了整個東亞的氣候與生靈的命運。

——本文摘自《橫斷臺灣》,2023 年 7 月,春山出版未經同意請勿轉載。

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臺灣與亞洲大陸「橫斷山脈」的生物高度相近?這個「間斷分布」是如何辦到的?——《橫斷臺灣》導讀
春山出版
・2023/07/28 ・8146字 ・閱讀時間約 16 分鐘

  • 作者/洪廣冀 臺灣大學地理環境資源學系副教授

延伸閱讀:世界屋脊之上,北半球最豐富的高山植物相——橫斷山

一八八一年,五十八歲的華萊士(Alfred Russel Wallace, 1823-1913),出版了《島之生》(Island Life)一書。在此二十二年前,華萊士與達爾文同時提出演化論,讓這位昔日以販賣標本維生的採集者,頓時成為英國科學界的新星。

然而,由於華萊士對通靈與催眠的興趣,以及無法接受達爾文全然把造物者排除在演化之外的見解,他一直處在當時英國的科學圈外。讓華萊士走出自己的路、且在科學界大放異采的便是生物地理學,特別是島嶼的生物地理學。

《島之生》成為生物地理學的經典,其深邃與比較的視野會由著名的演化學者、螞蟻專家、生物多樣性概念的提出者以及普立茲獎得主威爾森(E. O. Wilson, 1929-2021)所繼承,並在其與羅伯特.麥克阿瑟(Robert MacArthur)合撰之《島嶼生物地理學之理論》(The Theory of Island Biogeography, 1967)中發揚光大。

在《島之生》中,華萊士花了相當篇幅討論臺灣的生物相。他說這個被葡萄牙人稱為 Formosa 的島嶼,直到相當晚近,對博物學者來說,都是個「未知之地」(terra incognita)。他表示,感謝斯文豪(Robert Swinhoe, 1836–1877)於一八五六至一八六六年的採集,博物學家得以一窺臺灣的生物相,且細究其與周邊區域的關係。

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華萊士(Alfred Russel Wallace, 1823-1913)圖/wikimedia

在華萊士的時代,論及臺灣生物相的特殊性時,一般見解是臺灣的生物相與對岸的大陸有著密切關係;即臺灣與大陸本為一體,生物相也彼此相通,臺灣海峽的「陷落」是相當晚近的事,導致臺灣生物相與中國大陸生物相兩者仍是密不可分。

華萊士挑戰此通說,認為從生物地理學的角度,臺灣與中國大陸的分離(separation)比一般以為的來得早,具體表現在臺灣島上已出現自己的特有種,且生物相中包含大量東南亞、喜馬拉雅、日本與印度的成分。在如此界定臺灣生物相的特色後,華萊士依照島嶼與大陸的關係遠近,將幾個緊鄰大陸的島嶼生物相排入一個序列。他認為,與大陸關係最近者為英國,關係最遠者則是臺灣。

本是同根生?台灣與大陸生物相的間斷分布

在判斷臺灣生物相之獨特性時,華萊士援引生物地理學中最大的謎團及最歷久彌新的主題:間斷分布(disjunct distribution)。間斷分布的內涵很簡單:高度相近、且在演化上具備深切之親緣關係的動植物出現在相距很遠的地點。

間斷分布示意圖。圖/中華民國地質學會

對於間斷分布,還不具備演化概念的博物學者會訴諸造物者之意志。他們認為,既然物種是造物者所創造,且造物者在造物時,勢必會顧及各物種適合的生育地,若兩地的環境相近,即便相隔甚遠,上頭可發現類似的物種,不僅合理,甚至可作為造物者存在的證明。

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對十九世紀的博物學者而言,當他們已逐漸發展出物種演化的概念,開始不滿把什麼事都推給造物者的解釋方式。他們援引陸橋、冰河等大尺度的地質變動,再把動植物本身的遷徙能力考慮在內,把間斷分布轉化為可以研究的科學問題,而不是證明造物者存在的一則注腳。

年輕島嶼與古老陸塊的關聯

目前科學界對臺灣島及其生物相理解,相較於華萊士的時代,已不可同日而語。在華萊士的時代,地質學者還沒有「板塊」的概念,當然無從以「板塊擠壓」的概念來理解臺灣島的起源。

我們現在已經知道,臺灣並非如華萊士所以為的,很早就從大陸分出,再隨著時間,一度與大陸曾經高度類似的生物相,逐步演化出自己的特色。目前研究者接受的說法是,臺灣是從海中隆起的島嶼,相當年輕;這個島上曾經空無一物,但也因為如此,加上其多元複雜的地形,它成為來自四面八方動植物的收容所與驛站,從而造就華萊士所觀察到的獨特性。

華萊士對臺灣及其生物相之身世的判斷或許有誤,但有一點是正確的,即臺灣是研究間斷分布的寶庫。在華萊士以降之生物地理學者的努力下,臺灣與日本、東南亞之植物相的關聯已日漸清晰;唯獨臺灣與其所謂「喜馬拉雅」的關聯,即便研究者投注大量心力,還是局限在個案的盤點上;其整體的圖像,乃至於催生此間斷分布的機制,還是包裹在迷霧之中。

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二○二三年,臺大森林系博士游旨价出版《橫斷臺灣》,處理了臺灣與華萊士所言之「喜馬拉雅」的關聯,從臺灣的角度將其詮釋為「橫斷山-臺灣間斷分布」。離《島之生》的出版已過了一百四十二個年頭,旨价這本《橫斷臺灣》,是世界第一本處理臺灣與橫斷山之植群關係的專書。

橫斷山脈衛星照片。圖/wikimedia

閱讀《橫斷臺灣》時,對臺灣生物相感興趣的朋友應會驚訝,原來一些我們以為「很臺灣」的物種,如臺灣杉(Taiwania cryptomerioides)、杜鵑、小檗,乃至於那些盛開在三千餘公尺高山的花草,竟同時在橫斷山及其周邊現蹤。乍看之下,此間斷分布的出現讓人難以理解。

臺灣與橫斷山或所謂「喜馬拉雅」在空間上的距離自不待言,在時間尺度的差距更不容小覷。從地質年代來看,臺灣是年輕的島嶼,橫斷山卻是地球上最古老的陸塊之一。臺灣的生物相該如何跨越漫長的時空差距,進而與橫斷山產生連繫?

要回答前述問題,我們得先從橫斷山的身世開始。旨价告訴我們,橫斷山不是一座山,而是面積達五十萬八千七百平方公里、海拔平均在三千七百三十公尺的龐大地域。岷山山脈、邛崍山脈、大雪山脈、沙魯里山脈、芒康山脈、他念他翁山脈、伯舒拉嶺共七條山脈構成它的肌理,怒江、瀾滄江與金沙江則構成其血脈。橫斷山的西界即為喜馬拉雅山,東側則為岷山及四川盆地之西緣與西南緣。

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植物學者估計,目前橫斷山至少有三千三百種特有種與八十九個特有屬,高山植物的特有種比例為北半球之首。以旨价的話來說,

「橫斷山是北半球最著名的山之國度,高山地帶的存在時間可能至少有三千萬年。」

可能的原因是冰河嗎?

然而,橫斷山之植物相的豐饒是一回事,與遙遠的臺灣島產生連繫,又是另一回事。旨价告訴我們,要回答「橫斷山-臺灣間斷分布是如何可能」此將近半世紀的謎團,我們得回到約二百五十八萬年前的冰河期。在那個絕大部分地表均為冰河覆蓋的時代,當許多生命因而消亡,喜愛寒冷氣候的植物反倒伺機擴張。

可以這樣想像,今日臺灣杉的祖先,便是在一片冰天雪地中,離開了橫斷山,一路生根繁衍,越過臺灣陸橋,抵達臺灣。非常有可能,在臺灣陸橋兩側,曾經是繁盛的針葉樹海。此後,當全球進入間冰期,氣溫回升,前述臺灣陸橋兩側的樹海逐步衰亡;落腳臺灣的山地植物祖先,遂遷往高處避難,因而形成間斷分布。

臺灣杉(Taiwania cryptomerioides)圖/行政院農業委員會

於是,旨价表示,「與世獨立的臺灣高山,成為間冰期時橫斷山東遷生物譜系的避難之所。」他告訴我們:「作為山岳之島,位於東亞島弧的臺灣,得天獨厚地擁有一塊遼闊的高山地貌。」那麼,對臺灣人而言,瞭解此間斷分布又有何意義?他的回答是:

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「從生物演化的歷史來看,隱藏在這片山域中真正珍貴的無形之物,是由臺灣高山上橫斷山後代守護萬年的回憶,一段臺灣與世界最古老之山之間獨一無二的連結。」

旨价的這段話讓我想起《山椒魚來了》這部紀錄片。與臺灣杉、櫻花鉤吻鮭等物種類似,山椒魚同樣是冰河孑遺生物,在因冰河生長與衰退誘發的生物大遷徙過程中,在臺灣找到容身之處。

《山椒魚來了》不僅揭露此臺灣特有生物少為人知的故事,更讓人動容的,該片同時也讓我們看見一群為臺灣生態研究犧牲奉獻的當代博物學者,以及串連起這群人的信念與友誼。該片的一個主題為「我們都是特有種」;在看完該片後,我在筆記本寫下:是的,我們都是特有種,因為我們彼此相連。

植物獵人

旨价表示,橫斷山讓人著迷之處,不僅是其地形,或是植物千萬年來的演化,還包括好幾代人們的「築夢」。在一處段落,他細數他如何跟隨眾多先行者的腳步:

我在不知不覺中,將威爾森來到松潘尋找美麗百合與蘭花的故事牢記於心,對於虎克與佛雷斯特關於喜馬拉雅杜鵑花的癡迷感同身受。我站在瀾滄江與金沙江的分水嶺(雲嶺),想像金敦-渥德在三江峽谷的驚險冒險,也在蒼山上眺望洱海,幻想賴神甫辛勤採集植物的身影。每每經過玉龍雪山,我都會想起納西族植物嚮導「老趙」(趙成章)的家族,以及長居在此記錄東巴文化的洛克。橫斷山的山上,不僅有植物的繽紛身影,也滿溢著博物學者的遺緒。

為了幫助讀者理解旨价追逐的是什麼樣的夢想,容我在此提供旨价提及之植物採集者的小傳:

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虎克(Joseph Dalton Hooker, 1817-1911)為十九世紀下半葉英國最重要的植物學者;一八四七年間,他赴喜馬拉雅山區,展開為期三年的植物學探險。長期主掌皇家邱園(Royal Botanical Gardens at Kew)的他,為達爾文好友,也是演化論得以形成與傳播的重要推手。

威爾森(Ernest Henry Wilson, 1876-1930)同樣是英國人;在邱園受過植物採集的訓練後,於一八九九年被著名的園藝公司 James Veitch & Sons 僱用,前往中國採集,開啟其東亞首屈一指之「植物獵人」的傳奇生涯。從一九〇七年起,他開始為哈佛大學的阿諾德樹木園(Arnold Arboretum)採集,重點仍放在東亞,並於一九一八年時來到臺灣採集,稱臺灣的森林是「東亞最美麗者」(the finest forest in East Asia)。

佛雷斯特(George Forrest, 1873-1932)亦為英國人;在前往澳洲淘金失敗後,他為愛丁堡大學植物園工作,於一九〇四年起,七次前往中國雲南及其周邊區域,重點放在當地種類繁複的杜鵑花。

金敦—渥德(Francis Kingdon-Ward, 1885-1958)出身學術世家,父親為劍橋大學的植物學者,本身也曾前往劍橋大學就讀。然而,他並未完成學業;與其在標本館中工作,他更鍾情採集者的生涯。從後見之明來看,中斷學業是個明智的選擇。他過世時,在論及中國西南之植物相時,沒有人可以不提金敦—渥德的名字。

生涯最為坎坷者則是洛克(Joseph Charles Rock, 1884-1962)。洛克生於奧地利維也納,年少時,不滿家中為其做的職涯規畫,他憤而逃家。在歐陸各國流浪後,他來到美國,又前往夏威夷。一九一七至一九二〇年間,他投入夏威夷的植群研究,其成果引起美國農業部的注意。後續十三年,他前往於雲南及其周邊,為美國農業部(United States Department of Agriculture, USDA)、哈佛大學的阿諾德樹木園及其他機構採集植物。他的興趣也擴延至當地原住民納西族的社會與文化。一九六二年,終身未婚的洛克於夏威夷過世,他是世界首屈一指之中國西南植物相及納西族研究的權威。

什麼樣的推力與拉力讓前述採集者前仆後繼地遠赴雲南及其周邊地帶,即旨价所稱的橫斷山?首先,隨著鴉片戰爭的結束,中國門戶大開。歐美園藝界摩拳擦掌,準備從這個莫大的土地上,帶回世人還不知道的植物寶藏。

蘇格蘭人福鈞(Robert Fortune, 1812-1880)於華南的植物探險已證明植物採集是門「好生意」。福鈞將武夷山的茶苗運至大吉嶺栽植,終結了中國在世界茶葉市場的獨霸地位;他還發現蓪草所製作的米紙以及園藝植物芍藥等,既滿足了植物學界對中國植物相的好奇,同時也在園藝學界引起陣陣旋風。有了福鈞的成功在先,考慮到中國廣闊的領土,何處才是植物獵人的下一處獵場?答案很快地浮現:中國西南。

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中國西南的植物爭奪賽

十九世紀末期的大英帝國,除了從中國沿海往內陸挺進外,另一重要路線便是從緬甸入侵。一八八○年代,英國控制緬甸全境,正式將之收入大英帝國版圖。夾在兩條路線間的就是中國西南山地。在以軍事與外交手段建立初步政治秩序後,博物學採集者接踵而至。

對他們而言,當地繁複的生物相既蘊含著物種起源中心的解答,同時也是大英帝國得以富強的鑰匙。除了為帝國與科學服務外,對於採集者而言,採集與探險也有一層個人的意義。他們有不少是在主流社會中格格不入的邊緣人;因為無法遏制自己流浪的欲望,他們無法忍耐在室內的長期工作,也由此阻斷了他們翻身或階級流動的契機。前往世界最少人探索的角落採集,帶回少為人知的物種,將其所見所聞出版成書,便成為他們成名的最佳途徑。

值得注意的是,約當此時,美國也加入爭奪中國植物資源的行列。對此,不能不提者為哈佛大學的阿諾德樹木園與美國農業部。前者由波士頓商人之子及林學家薩均特(Charles Sprague Sargent, 1841-1927)主持,後者則以植物探險家、農藝學家費爾柴德(David Grandison Fairchild, 1869-1954)馬首是瞻。

薩均特與費爾柴德堅信,要讓美國變得富強,關鍵是引入世界各地的有用植物。那是美國開始成為眾多移民首選的時代,美國社會開始擔憂糧食生產不足以支應倏地膨脹的人口,引入他國之經濟作物為可能的解決辦法之一。與之同時,生活在都市的中產階級,對於都市公園、造景也有更多的需求。除了美國原生植物外,他們也希望能徜徉在滿布珍稀植物的公園中。

薩均特與費爾柴德均把中國之植物資源視為美國富強的關鍵之一。以其個人財力、政府預算以及在上流社會中無遠弗屆的網路,他們「挖角」了當時最富盛名的植物獵人,令其將採得的異國植物寄回美國,經專業育種後,再分配至美國農家與一般家庭。

薩均特與費爾柴德的植物引入計畫深刻地改變了美國的農業與園藝地景,也因為兩人在產官學界的影響力,美國逐步浮現為世界的園藝、農業與造景大國。

薩均特與費爾柴德的植物引入計畫深刻地改變了美國的農業與園藝地景,也因為兩人在產官學界的影響力,美國逐步浮現為世界的園藝、農業與造景大國。圖/envatoelements

帶動生物學研究的新星——遺傳學

此外,不能不提的是,隨著遺傳學(genetics)與實驗科學的發展,前述植物探險也被賦予了不同的意義。一九○○年代前後,生物學家「發現」了孟德爾的豌豆雜交實驗。這位在花園中培育著豌豆、觀察其性狀,並試著以數學描述其性狀變異之邏輯的奧地利神職人員,開啟了一門與傳統博物學有別的學科,生物學者稱之為遺傳學。

當時離達爾文一八五九年出版《物種起源》已過了將近半世紀;就科學社群而言,關心的已不再是物種是否演化,反倒是人類該如何操控演化。隨著遺傳學逐步羽翼豐滿,各種新奇的演化理論紛紛出籠。例如,允為遺傳學奠基者之一的德佛里斯(Hugo de Vries, 1848-1935),主張物種並非如達爾文以為的緩慢且漸進的演化,反倒是以跳躍式的突變(mutation)。

這些新穎的科學理論燃起大眾對於生物學的興趣。既然演化是可以操弄的,且生命是可以掌控的,若可以從世界各地取得各種深具經濟與景觀價值的物種,無疑就擁有了大量的材料,科學家便可在實驗室與花園中,好整以暇地製作新種。

植物獵場的嚮導——納西族人

然而,這些野心勃勃的植物獵人,當他們踏上中國西南時,若無在地人對周遭環境的知識,再有經費與科學知識的加持,同樣也是枉然。對此,不能不提者便是旨价提及的「老趙」。老趙的全名為趙成章,納西族人。當佛雷斯特與金敦—渥德至中國西南採集時,他們便是與老趙接觸,由其出面招募感興趣的年輕人。當老趙招募到一批生力軍後,佛雷斯特與金敦—渥德再傳授植物採集的程序與要求,以老趙為工頭,帶領族人執行兩位採集者交付的工作,又或者帶領他們前往採集。

長久以來,植物學者與歷史學者都不知道佛雷斯特與金敦—渥德的豐功偉業背後,還存在著如此的幕後功臣。一直到人類學者穆格勒(Erik Mueggler, 1962-)撰寫《紙之路》(The Paper Road),老趙及其他納西族人的面容才逐漸明晰。

穆格勒告訴我們,老趙等納西族人前往山區採集時,他們不只是為了採集者的錢,同時也在回溯經典中記錄之祖靈返鄉的路徑。他們為了一群離家背井的外國人採集,同時也在返回其宗教信仰中的原鄉。穆格勒指出,科學知識與在地知識的交流是雙向的;對佛雷斯特與金敦—渥德而言,當他們踏入納西族人的領域時,或許認為這是片沒有人的「荒野」。然而,在與納西人一再重訪祖先走過的路徑,這群在自身社會常常感覺格格不入的外國人,也找到了心靈的寄託,一個他們也會叫作家鄉的地方。

回家

有人曾對我說,居住在臺灣這座島嶼,不時會有一種被世界遺棄的感覺。是的,這座孤懸海中的島嶼,的確也曾令我感到孤單。但我藉由山地植物的生命,理解到島嶼並不孤獨,它不是生物演化的死胡同,當然也不會是旅程的終點。

二〇一九年,初踏上橫斷山的旨价,心中充滿「他鄉遇故知」的興奮。他「天馬行空」地想著:「橫斷山真像是放大了數千倍的中央山脈。不僅山更高、谷更深,植物種類也更多更新奇。如果有天臺灣從島嶼變成一片大陸,那麼中央山脈的模樣,應該就和眼前的橫斷山一樣吧!」

然而,旨价隨即發現,「橫斷山不僅僅只是我幻想中那放大了數千倍的中央山脈」,且「橫斷山能為臺灣山地所揭示的,遠遠超過植物種類間的相似性」。事實上,旨价認為,橫斷山與臺灣的山巒宛如「鏡中的兩座山脈」;「每當我向橫斷山走近一步,我也就朝心中的臺灣山林愈靠近了一步。」

尺度縮放:用不同角度看世界

以地理學的術語,在探究臺灣與橫斷山之間的關聯時,旨价當中經歷了所謂的尺度縮放(scaling)。什麼是尺度縮放?各位應當都有使用 google map 的經驗。為了要搞清楚自己的位置,我們會不時調整右下角的尺度,把地圖拉近或拉遠一些,這便是尺度縮放。那麼,尺度縮放與間斷分布有何關聯?如前所述,間斷分布的核心「是相距甚遠的地點可發現相似的物種」,但什麼是相似性呢?各位應該都有類似經驗——當站在遠處端詳一對同卵雙胞胎時,會覺得兩人看起來非常類似;然而一旦靠近些,又會發現當中存有不少差異。換言之,「像不像」的判斷會涉及觀看者到底站多遠,也就是取決於你所採取的尺度。

在《帝國、氣象、科學家:從政權治理到近代大氣科學奠基,奧匈帝國如何利用氣候尺度丈量世界》(Climate in Motion: Science, Empire, and the Problem of Scale)中,環境史家黛博拉.柯恩(Deborah Coen)重探了尺度縮放此地理學概念。她指出,「尺度縮放是一種軀體學習的體驗」,「為了將自己定位於遙遠的地方或是久遠的過去,我們必須依賴他人的知識。這也使得尺度縮放成為一種社會過程,通常以衝突和協調為其特色。」她也提醒讀者,尺度縮放也是個「情感過程」,

「『它』修正我們對世間事物彼此之相對意義的判斷,就是在形成新的依戀之際,同時放下一些舊有的執著。因此,尺度縮放往往伴隨產生渴望和失落感、異國風情的誘惑以及思鄉的痛苦。」

尺度縮放是《橫斷臺灣》最讓我欣賞的部分。為了釐清臺灣與橫斷山的「相似性」,旨价展開了一系列的尺度縮放;與之同時,他也以誠懇的筆觸,關照自己在尺度縮放過程中的摩擦、猶疑、痛苦、依戀與喜悅。如此的關照讓本書不只是本「科普」書籍,更是一個年輕的植物學家如何地以身為度。

《橫斷臺灣》是旨价的第二本書。他的第一本書是《通往世界的植物》,同樣是在處理間斷分布的主題,但視角則由臺灣往東,越過太平洋與美國西部,探討生物地理學所言的「東亞-東北美間斷分布」。在撰寫該書推薦詞時,我以美國植物學者——同時也是前述隔離分布最主要的發現者——阿薩.格雷(Asa Gray, 1810-1888)的一句話,邀請讀者進入旨价的世界:「你願不願意靠過來,看看萬綠叢中的一個我。」

行文至此,我也想替旨价發出一份邀請函:

「你願不願意站遠一些,從多重尺度審視我們腳下這塊土地,以及在這個島嶼上繁衍百萬年之久的生靈?」

——本文摘自《橫斷臺灣》,2023 年 7 月,春山出版,未經同意請勿轉載。

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