編者按：以下是《大眾科學經典：南極洲：冰上生命》2014年11月刊的導言。
長期以來，南極洲一直是一個充滿神秘和科學驚喜的地方。紐西蘭作家和航海家格雷厄姆·比林在1965年半自傳體小說《福布什和企鵝》中，講述了一位年輕鳥類學家被指派監測南極洲羅斯島阿德利企鵝棲息地的故事。十月中旬抵達時，他對企鵝未能按時到達感到惱火。“我已經不再相信企鵝了。它們真是該死的不可能的生物，”比林寫道。
“該死的不可能的生物”確實捕捉到了《大眾科學經典》這期引人入勝的回顧特刊中所描述的南極洲植物、動物和微生物群的本質。
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最早前往遙遠南方的航行——在18世紀——旨在回答物理問題，而非生物學問題。透過他們的旅程，早期科學家測試了透過天文觀測導航經度，測量了地球磁場，並尋找了當時假設的南方大陸。在這些航行中，只有詹姆斯·庫克船長的探險隊包括了熟練的博物學家，他們為我們理解高緯度地區不尋常的生命做出了貢獻。在整個19世紀，南極生物學在很大程度上仍然是描述性的，並且是物理學科的權宜之計，發生在其他探險活動的邊緣。
其他探險活動的邊緣。
因此，我們來到了20世紀和21世紀，南極探險和科學的真正開始——也是《大眾科學》這期合集的起點。在國際地球物理年（1957-1958年）之後，對最南端大陸的生物學調查走向成熟，當時許多國家擴大了他們的研究領域，在南極大陸周圍建立了永久基地，並贊助了廣泛的實地研究和航行，以研究原位生命。
正如本期揭示的那樣，目前南極洲的大部分生命主要棲息在海洋環境中。然而，情況並非總是如此。喬治·A·杜馬尼和威廉·E·朗在他們1962年發表於此處的文章中描述了一個非常不同的古代環境。透過化石記錄，他們描繪了溫帶二疊紀南極雨林的景象，類似於現代美國西北部，到處都是樹木和動物的痕跡。侏羅紀、白堊紀和第三紀的植物群也很茂盛，最近的化石發現記錄了侏羅紀和白堊紀時期南極洲存在陸地恐龍。南極洲的化石記錄與南非、澳大利亞和紐西蘭的化石記錄的相似性，加強了南方岡瓦納超大陸的概念，即使在杜馬尼和朗半個世紀前撰寫他們的關鍵文章時，這一概念仍然存疑。
南極洲是如何淪落到目前的狀況的？它沒有陸地脊椎動物，沒有樹木，昆蟲很少，只有三種開花植物。這種轉變知之甚少，並且是當前爭論的主題，一個重大的滅絕事件（可能在全球範圍內）據推測發生在兩百萬到三百萬年前。我們現在期待最頑強的陸地倖存者——在冰中冷凍了數十萬年的可存活微生物，生活在南極幹谷多孔岩石中的微生物群落，以及最近在冰下惠蘭斯湖中發現的豐富的細菌群落——為我們提供線索，不僅是為了解南極洲的歷史，也是為了瞭解可能存在的外星生態系統的存在和性質。
當我們轉向南大洋的海洋環境時，我們遇到了一個非常不同的故事。儘管在某種程度上受到限制，但生命在這裡仍然很豐富。南大洋是威廉·J·L·斯萊登在他1957年發表於本合集的文章中描述的“不可能的”企鵝的家園——以及它們的死敵賊鷗，卡爾·R·埃克隆德在他1964年的文章中對此進行了調查。寒冷的水域也可能充滿海豹，它們能夠完成驚人的潛水壯舉，威廉·S·布魯斯在他1894年的文章（一個多世紀前！）中對此進行了探索——沃倫·M·扎波爾在20世紀後期也進行了探索。
多年來，科學家們在南極深海中發現了令人驚訝的動物，包括可以合成防凍劑的奇異魚類，約瑟夫·T·伊士曼和阿瑟·L·德弗里斯在他們1986年的文章中對此進行了闡明。
特別是冰魚，為了解極端環境塑造生命的力量提供了非凡的見解。在過去的4000萬年中，隨著南大洋從溫帶條件冷卻到其長期寒冷的狀態——南極洲附近海水的冰點為-1.87攝氏度——那裡的大多數主要魚類群體都已區域性滅絕。今天，南極洲周圍的魚類區系主要由一個亞目——南極魚亞目（約100種）的物種組成。由於長期被隔離在冰凍的海洋中，這些魚類（以及海洋無脊椎動物）現在只能在寒冷的溫度下生存；事實上，如果溫度升高到5攝氏度，大多數魚類就會死亡。正如伊士曼和德弗里斯所描述的那樣，兩個驚人的適應性使這些魚類能夠開發這種未被充分利用的棲息地：（1）它們進化出強大的防凍分子，可以防止它們的體液結冰（在冰冷的水域中始終存在危險），並且（2）這個沒有魚鰾的類群中的某些物種進化出中性或接近中性的浮力（在水中失重），這使它們能夠在富含食物的水層中覓食，這與它們密度更高、生活在底層的親戚形成對比。
冰魚科（包括16個不同物種）為我們提供了進一步的驚喜。1929年訪問南喬治亞島期間，一位年輕的挪威海洋生物學家約翰·T·魯德，當他被捕鯨者告知當地的一些魚沒有血（被稱為blodlaus-fisk的魚）時，他認為自己被開了一個玩笑。果然，沒有紅色的血液從它們身上流出，這令人費解，因為紅細胞和血紅蛋白被認為是脊椎動物生命的常數。魯德直到1953年才得以返回南喬治亞島調查這個謎團，他在1965年11月刊的《冰魚》中描述了這個謎團。魯德的一個重要結論是，紅細胞和血紅蛋白的進化喪失只能發生在非常寒冷和富氧的水域中——這正是南大洋的條件。
本合集中的文章是一個引人入勝的時間膠囊，它說明了一個世紀以來在理解南極洲“不可能的”生命方面取得的進展。然而，我們的知識仍然不完整，而且隨著氣候變化席捲該地區，我們面臨著不確定的生物學未來。福布什認識到，阿德利企鵝的繁殖成功與它們的物理環境息息相關。南極洲的生命，包括喜冷的魚類和無脊椎動物，是否有能力適應迅速上升的氣溫和水溫以及海洋酸化，這是一個重要的思考問題，當您繼續閱讀時。
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