一個兒童故事說，斑馬之所以有條紋，是因為“一半站在陰涼處，一半站在陽光下”。雖然作者魯德亞德·吉卜林不是生物學家，但他的故事可能包含一些道理：研究表明，當溫度升高時，動物的顏色會變淺，類似於故事書斑馬中暴露在陽光下的部分。與此同時，在潮溼的陰影中，較深的色調占主導地位。
隨著地球變暖和降雨模式的轉變，許多物種的羽毛和皮膚顏色正在發生變化，通常變得更淺。 荷蘭的蝸牛正在從棕色變為黃色。在哥斯大黎加的一種熱帶蜜蜂中，橙色個體與藍色個體的比例正在增加。 法國的蜥蜴正在變淺，全球許多昆蟲和鳥類也是如此。“在全球變暖的情況下，人們會預期顏色較深的物種和顏色較深的個體可能會減少，”耶魯大學的生態學家和進化生物學家斯特凡·平克特說。
動物的皮膚、毛皮和羽毛的顏色主要有兩種形成方式。我們感知到的一些色調來自光與羽毛或鱗片的微觀結構的相互作用——想想蜂鳥，它的顏色會根據你觀察它的角度而變化。另一些是由色素引起的，色素是吸收光的分子，例如類胡蘿蔔素，它產生黃色、紅色和橙色，以及黑色素，它負責黑色、灰色、棕色和鏽色。
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黑色素是鳥類和哺乳動物中最常見的色素，可能會受到氣溫升高和降雨模式變化的影響。“如果你的皮膚、毛皮或羽毛中有更多的黑色素，那麼它往往會吸收更多的熱量，”比利時根特大學的進化生物學家馬修·肖基說。他說，這在氣溫飆升時可能是一個不利因素，因為它會導致動物過熱。另一方面，如果雨水增多，病原體往往會滋生。在這種情況下，深色黑色素可以起到保護作用，因為它們可以“強化組織”，肖基說。
美國爬行動物學家查爾斯·博格特在 1949 年的一篇論文中提出的規則預測，較熱的氣候應該有更多體外溫動物，即所謂的冷血動物，它們的顏色較淺，因此不太可能過熱。（這些動物，如爬行動物和昆蟲，無法調節自身的體溫，它們依賴外部熱源。）
近年來，科學不僅證實了博格特的規則，而且將其擴充套件到內溫動物，即溫血動物。不僅僅是青蛙、蟾蜍、蛇和蠓在較溫暖的地區顏色較淺；鳥類也變得更淺。2024 年對 10,000 多種鳥類的分析表明，在炎熱地區，白色和黃色羽毛勝過藍色和黑色羽毛。
隨著全球變暖，一些動物種群變得更輕。1967 年至 2010 年間，隨著荷蘭氣溫升高 1.5 至 2 攝氏度，棕色陸地蝸牛讓位於黃色蝸牛。1990 年至 2020 年間，在英國，蜻蜓和豆娘也逐漸變淺——正如平克特和他的同事在 2023 年的一篇論文中發現的那樣。如果你仔細觀察過一些蜻蜓，你可能已經注意到它們翅膀上的深色裝飾現在更少了。
在最近一項在北美進行的研究中，來自 10 個不同物種的雄性蜻蜓在 2005 年至 2019 年最溫暖的年份裡，翅膀上基於黑色素的色斑最小。在同一時期，地中海藍山雀（一種胸部呈黃色，頭部有天藍色帽子狀斑紋的小鳥）身上的漂亮斑點似乎也變淡了。2015 年至 2019 年間，法國蒙彼利埃周圍山雀種群的藍色頭部斑塊變淺了約 23%——這一變化與當地氣溫升高有關。
實驗證實了觀察資料：高溫使動物顏色變淺。在某些情況下，個體可能只是根據溫度產生或多或少的色素。例如，鮮豔的舞者豆娘可以在一天中隨著氣溫波動而將顏色從深色變為淺色，然後再變回深色。雄性變色龍蚱蜢從 50 華氏度（10 攝氏度）時的黑色變為 77 華氏度（25 攝氏度）以上的綠松石色。“如果你在寒冷溫度下飼養許多不同種類的昆蟲，它們會變得更深色，如果你在溫暖溫度下飼養它們，它們會變得更淺色，”德國塞維森馬克斯·普朗克生物智慧研究所的進化生物學家卡斯帕·德爾海說。
這種影響不僅限於昆蟲。在西班牙進行的實地實驗表明，在暴露於更多陽光的巢穴中孵化的禿鷲，其羽毛比在更隱蔽的地點生長的禿鷲更蒼白。這不僅僅是鳥類被陽光漂白了——它們羽毛中的黑色素沒有降解，就像被陽光破壞一樣。僅僅是最初就比較少。
除了個體根據溫度調整顏色的能力外，生活在變暖地區的動物種群可能會變得更輕，僅僅是因為顏色較淺的動物遷移到新的地區。平克特說，也可能存在基因變化，但我們仍然對這種進化如何發展存在“嚴重的知識差距”。
雖然博格特的規則在像地中海這樣升溫但仍然乾燥的地區看起來很簡單，但如果降雨量隨著氣溫升高而增加，物種可能會變成深色而不是淺色。1833 年，德國鳥類學家康斯坦丁·格洛格提出，在潮溼的地方，羽毛更可能是黑色而不是白色。原因之一可能是偽裝。德爾海說，在潮溼的棲息地，“植被更多；背景更暗，因此顏色較深的動物可能更容易偽裝”。格洛格規則的另一種解釋可能是為了防禦病原體，病原體通常在潮溼的氣候中滋生。2020 年對16 種鳥類的研究表明，含有更多黑色素的羽毛更能抵抗巢穴細菌的破壞。“這種分子的目標是保護生物體免受各種壓力源的影響。例如，黑色的羽毛更堅固，”瑞士洛桑大學的進化生物學家亞歷山大·魯林說，他沒有參與這項研究。研究表明，黑色素分子不僅可以抑制寄生蟲，還可以增強細胞，形成抵禦病原體的屏障。
當德爾海測試氣候變化導致氣溫和降水量同時增加時會發生什麼時，他發現，至少在鳥類中，“溼度的影響通常要強大得多，”他說。德爾海和他的同事繪製了所有雀形目鳥類（超過 5,000 種）的羽毛顏色與其生活的氣候的關係圖。他們發現，動物在溫暖乾燥的地方顏色較淺，但在溫暖潮溼的地方顏色較深。魯林和他的同事在 2024 年對 1901 年至 2018 年間在全球範圍內收集的數千個穀倉貓頭鷹博物館標本的研究中發現了類似的情況。研究人員表明，隨著時間的推移，在氣候變得溫暖乾燥的地方，羽毛顏色變得更淺，但在氣溫和降水量都增加的地方，羽毛顏色變得更深。“氣候變化越強烈的地方，顏色變化也越強烈，”魯林說。
然而，全球變暖引起的降雨模式變化不如未來氣溫升高那樣簡單明瞭。這就是為什麼德爾海說，如果他要預測動物的總體趨勢，“基於溫度的影響，它們應該會變得更淺。”他說，冷血動物，如昆蟲，可能對熱的反應也比對溼度的反應更強烈，但對此的研究仍然不足。
總的來說，動物顏色變化的幅度預計是細微的。“我們不會看到如此劇烈的變化，以至於我們認不出物種，”德爾海說。然而，從生物學的角度來看，“這種微小的差異可能意味著一個物種是否能夠生存，”他說。與此同時，那些透過改變顏色來適應環境的動物可以作為一種視覺提醒，提醒人們人類巨大的環境足跡已經擾亂了整個地球。“你可以用眼睛追蹤氣候變化的影響，”魯林說。