人工夜间光照也会污染环境？
环境污染分为四大领域：水、气、声、渣。这四种污染伴随人类现代化进程自始至终。然而从人类社会大规模进入电气时代后，一种新型的污染出现了。
光污染，是继上述提到的四种污染之后的新型环境污染源，其主要包括白亮污染、人工白昼污染和彩光污染。它给人带来的影响是隐性的，平时你可能不会注意到，但它确实在潜移默化中危害着我们。光污染是由天文学家最早提出，他们认为城市照明对天空会产生不利影响，从而给天文观测带来负面效应。随着社会的发展，光污染的定义范围也变得更广，但在本篇文章中，我们主要讨论夜晚的光污染。
灯是人类社会发展的一个里程碑式的发明，它点亮了城市的夜空。电灯的大规模使用为工人晚上工作提供了条件，这大大加快了工业化生产，算是时代必然的现象。当我们在夜晚享受灯光为自己带来光明的时候，你是否会想到它对于环境会带来什么影响吗？
德国的科学家Davide Dominoni在2010年进行了一项研究，对在城市慕尼黑附近栖息和在农村雷斯汀村附近地区栖息的同种鸟类（blackbirds）进行了研究。为了获取这两种不同地区黑鸟所受到的光照情况，Davide分别在这两个地区的几只黑鸟身上安装了光强检测器，并重新放飞这些鸟，这种检测器每隔两分钟就会记录下一次当前环境的光强，一周后重新捕获到这些鸟。取得数据之后，他又在慕尼黑和雷斯汀村附近分别捕获了20只新的黑鸟，将其分成两组，每组包含10只城市鸟和10只乡村鸟，然后根据前面获取到的光强数据，模拟慕尼黑地区和雷斯汀村附近的光照条件，将两组黑鸟分别进行培养。
图1 浅灰色表示城市黑鸟夜间所受到的光强，深灰色条纹表示一盏路灯的光强，黑色表示实验过程中模拟城市的光照强度，乡村地区的夜晚光照数据低于仪器的检出限，视为无光条件
在培养过程中，对每只黑鸟的体重、脂肪含量，换羽期的数据进行记录，同时每隔三到四周对每只个体进行抽血检测变异系数，还通过外科手术对黑鸟睾丸大小进行了测量。
实验数据显示，在体重和脂肪两项指标上，两组对象没有出现明显差别；但在激素分析中，两组对象出现了较为明显的区别，夜间模拟城市光照的黑鸟比对照组平均提前26天出现功能睾丸，并且在同一组中，城市鸟类的繁殖活动时间比森林鸟类早13天；在睾丸退化指标的对比中，夜间模拟城市的组内，城市黑鸟的睾丸退化时间比乡村黑鸟提早了14天，而夜间模拟黑暗的组内，二者只相差3天。总体而言，夜间模拟城市组中的鸟维持睾丸功能的时间比夜间模拟黑暗长12天。
图2 睾丸生长和退化，及睾丸功能维持时间
这个实验结论显示，夜间受到城市光照的黑鸟会提前发育出繁殖能力，而且繁殖周期会延长。这个结论不算意料之外，在禽类养殖行业中，农户就会通过增加光照时间来让幼体更快达到成熟，从而缩短生长周期，提高经济效应。但在自然界中，在天气条件和食物供应不理想的早春种植期间，鸟类提前进入繁殖期可能会对其本身产生负面影响，最终会降低后代的存活率。这种影响不只是存在于卵生动物中，对于哺乳动物也有类似的影响。
哺乳动物的生理行为遵循下丘脑视交叉神经系统所维持的昼夜节律，而这种生物钟是由视网膜所感知到的光线设置的，褪黑激素（MLT）则是调节这种节律的内分泌因素。澳大利亚的学者Kylie A. Robert对当地特有的塔玛沙袋鼠（tammar wallaby）进行了一项长达5年的研究，这种袋鼠的年繁殖周期是高度同步的，每年10月是它们的发情期，分娩期在次年的1月底。目前塔玛沙袋鼠只分布在澳大利亚西部附近的几个近海岛屿，研究人员以花园岛（Garden Island）为研究地区，该岛的南端建立有海军基地，夜间产生严重的光污染，北边则分布着丛林，相对来说不受干扰。Kylie A. Robert通过前面提到类似的方法获取两个地区的袋鼠们平时所经历的光照情况，并连续几年对两个地区袋鼠种群的个体身体指标进行记录，并采集血液样品研究袋鼠体内褪黑素的含量变化。
图3 两地区夜晚环境的光照条件
图4 左图黑色表示小岛北部袋鼠种群平均褪黑素含量，橙色代表南部袋鼠种群平均褪黑素含量；右图黑色代表小岛北部袋鼠种群袋鼠出生率时间分布，橙色代表南部袋鼠种群出生率时间分布
从实验数据中可以看到，南部袋鼠夜间受到的光强是北部袋鼠的好几倍，同时，北部袋鼠的血液样本中体现出了更高的褪黑素含量，繁殖的周期性更为规律，相比之下，南部袋鼠的繁殖就存在显著差异。同时对袋鼠幼崽的持续性研究也发现，随着日照时间变短，夜晚时间增长，北部袋鼠幼崽出生后能在二月底成为袋幼崽，这个时期正好符合母袋鼠处于奶水最旺盛的时期，而再延后的袋鼠幼崽就会经历6月-7月的冬季降雨，使得存活率降低。
（备注：澳大利亚处于南半球，季节规律与北半球相反；12月22日太阳光直射南回归线，此时是南半球一年内日照时间最长的一天，之后日照时间变短；袋鼠幼崽要成长为“袋幼崽”时期才会拥有基本的活动能力）
总结全文，无论是对于卵生动物还是哺乳动物，夜间的人为光都或多或少的对于动物的季节性繁殖时期产生影响，这些影响对于动物们的习性是重大改变；甚至对于某些物种，繁殖时期延迟前后，幼崽的存活率会减少4倍之多，尽管这其中可能存在其它因素的影响，但不可否认的是，随着城市化进程的继续加快，夜间灯光对动物们的影响也会越来越大，更有研究表明白色的LED灯比普通灯光对动物激素分泌有更高的抑制作用。
图5 夜间增加时间随日期的变化，黄色实心圆代表日照时间最长的那天（囊胚处于滞育期，图Ⅰ），空心圆代表囊胚重新激活，黑色实心圆代表北部袋鼠中位数出生日期，橙色空心圆代表南部部袋鼠中位数出生日期（图Ⅱ），橙色实心圆代表袋幼崽的出现（图Ⅲ）。
人与自然和谐共处是人类社会进步的体现，在我们发展经济建设的同时，对于野生动物们的栖息地和生态环境造成了很大的不利影响，科学界也应当对这方面给予一定的关注度。为此，我们可以对于城市周围，毗邻动物们栖息的区域，在满足当地照明的前提下减少灯光的设置，或者是尽量使用接近自然光的光源，减少对附近生物的影响。对于一些需要额外关注的保护动物，我们还可以将其迁移到远离城市的野生环境中。不过，要了解城市环境中这种日益向高能白光转变的生态后果，就需要更好地了解人工夜光对当地物种生理过程的影响。
参考资料：
[1] HOELKER F, WOLTER C, PERKIN E K, et al. Light pollution as a biodiversity threat [J]. Trends in Ecology & Evolution, 2010, 25(12): 681-2.
[2] DOMINONI D, QUETTING M, PARTECKE J. Artificial light at night advances avian reproductive physiology [J]. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 2013, 280(1756).
[3] ROBERT K A, LESKU J A, PARTECKE J, et al. Artificial light at night desynchronizes strictly seasonal reproduction in a wild mammal [J]. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 2015, 282(1816).
[4] POST E, FORCHHAMMER M C. Climate change reduces reproductive success of an Arctic herbivore through trophic mismatch [J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences, 2008, 363(1501): 2369-75.
