在阿拉斯加的北坡，科学家们小心翼翼地穿过丛生的苔草，走向一条急流，这条急流排干了雄伟的布鲁克斯山脉的冰雪。在加尔布雷思溪附近，他们为白冠雀张起了一张雾网。这些鸟最近从南方纬度地区到达，意在饱餐即将像暴雨云一样降临苔原的昆虫。

北极的夏天是短暂的，麻雀只有几个星期的时间来建立领地、寻找配偶、产卵，并以稳定的昆虫饮食来养育它们的雏鸟。科学家们从每一只被捕获的鸟身上采集血液、羽毛和粪便样本，以了解它们在吃什么以及这些在夏天是如何变化的。

哥伦比亚大学定量生态学博士生伊恩·舒曼（Ian Shuman）说，他们想知道的一件事是，麻雀是否在消耗大量的溪流昆虫，如石蝇和蜉蝣。随着柳树灌木在北极的河流和溪流沿线宣示新的领地——科学家称之为“灌木化”的过程——这可能会打乱石蝇和蜉蝣的生命周期。如果鸣禽也依赖水生昆虫来繁衍，这可能会影响麻雀的前景。

苔原在其广袤中可能会让人感到永恒。一眼望去，一片由草和苔藓组成的海洋绵延不绝。但在北极圈以北，变化发生的速度比地球上任何地方都要快。春天雪融化得更早，将一股股急流向下游送去。到了夏末，这种早季的大洪水已经被烤焦的河床所取代。北极茴鱼——属于鲑鱼科的冷水鱼，在深水湖泊越冬避难所和浅水夏季产卵溪流之间游动，可能会被困在孤立的水潭中。它们的生存也同样依赖于蜉蝣和石蝇。

在整个星球上，全球变暖正在重新洗牌生命的秩序。一些物种将繁荣昌盛，而那些无法足够快适应的物种将向灭绝急速下跌。长期以来，进化和适应一直被认为是孤立的努力——适者生存。但是，如果物种可以利用它们长期的关系，不是独自成功或失败，而是迅速进化并适应气候崩溃，从而保持整个生态系统的完整，那会怎么样呢？

这是进化生态学家、生物学家、生理学家和遗传学家试图从阿拉斯加的溪流和苔原生态系统中回答的问题，这是一项耗资1500万美元（1100万英镑）的首创项目，得到了美国国家科学基金会的支持。在六年多的时间里，科学家们将密切评估五个物种及其相互联系：白冠雀、毛叶柳、北极茴鱼、水生蜉蝣和步甲（确切物种待定）。如果物种为了应对温度而适应，它们也可能为了应对彼此以及彼此的适应而适应。

“生物有个体如何反应的问题，但随后所有这些生物也生活在一个作为生态系统的矩阵中，”马萨诸塞州伍德威尔气候研究中心的高级科学家琳达·迪根（Linda Deegan）说，她领导了这个被称为“进化元生态系统研究所”（Evome）的项目。“我们认为这些联系将帮助它们在气候变化中繁荣。事情不会完全崩溃。”科学家们选择阿拉斯加的苔原和溪流生态系统进行研究，不仅因为北极是地球上变暖最快的地区，还因为它是相对简单的生态系统的家园，在这些生态系统中，少数物种塑造了环境。尽管如此，他们在极北地区发现的东西将有助于为从热带到高山地区的全球生态系统如何能够经受住气候危机提供信息。

道尔顿公路（连接费尔班克斯和普鲁德霍湾油田的道路）两侧的土地，成为了参与该项目的来自美国研究机构的50名科学家的大型实验室。在整个春季和夏季的几乎每一天，科学家们都在这条横跨布鲁克斯山脉以南一直延伸到萨格温溪（北冰洋以南60英里）的近190英里长的道路沿线的15个野外站点进行拖网作业。

在苔原上走不了多远，就会偶然发现一个隐藏在柳树或莎草中的研究项目。几十个粘性陷阱从永久冻土中伸出来收集昆虫。录音盒聆听鸟鸣。温度传感器浸没在冰冷的溪流中。网袋在苔原上飘动以收集柳叶。远处，银色的阿利斯加管道穿过崎岖的地形，将原油输送到瓦尔迪兹——这提醒人们科学家为什么会来到这个变暖的景观中。

“我们整个夏天都沿着公路和管道走，”伍德威尔的研究助理安迪·诺顿（Andie Norton）说，她正在研究入侵的柳树对阿拉斯加溪流中营养物质流动的影响。

她说，更阴凉的溪流意味着通过光合作用产生的藻类更少，从而无法喂养蜉蝣和石蝇。但是，如果更多的柳树在落叶，喜欢大嚼树叶的碎屑食虫动物——比如石蝇——可能会变得更加丰富。问题在于鱼类和鸟类是否能够充分利用这一点。与蜉蝣不同，石蝇通常不会形成大型蜂群，而且它们出现得更早，在春季融雪期间。

尽管如此，迪根说，有充分的理由认为阿拉斯加的溪流和苔原生态系统将继续运作，尽管她指出这种乐观的结果只是最好的猜测。很少有研究探讨适应性进化如何影响整个生态系统的动态——包括营养和能量流动——也没有人评估进化如何影响两个相邻生态系统之间的联系。

单个物种可以通过以下三种方式之一适应更温暖的世界。它们可以调整自己的行为，例如鸟类改变迁徙路线。它们可以在生理水平上进行适应，例如树木在干旱期间暂时改变光合作用。或者它们可以利用进化——将遗传变化传递给它们的后代，有时只需几代人。

研究表明，许多植物和动物已经能够通过进化拯救而坚持下来——濒临灭绝的种群通过快速的遗传适应而生存并反弹的过程。例如，俄勒冈州和加利福尼亚州的猩红猴面花在2010年代迅速进化，以度过四年的干旱。

“在数百个实验中，我们已经看到了这种情况的发生，”参与该项目的康涅狄格大学进化生物学家马克·厄本（Mark Urban）说。“适应性进化具有这种令人难以置信的缓冲能力。”一个物种的进化如何帮助整体生态系统，取决于适应性特征最终如何转化为生态特性。例如，如果一个鱼类种群能够迅速进化，这意味着不仅该种群得以维持，溪流的生产力也得以维持。“依赖于这些种群的任何生态特性也得到了维护，”厄本说。

为了更好地了解北极的溪流和苔原栖息地是否会继续繁荣，科学家们正在绘制这五个研究物种中每一个物种的遗传多样性地图，以查看是否有足够的遗传多样性来允许适应——从而影响生态系统的恢复力潜力。

“我们在生态学方面可以走得很远，但在某个时刻，我们希望深入了解生物做它们所做事情的基本原因，以及它们是否能改变它们所做的事情，”厄本说。“那是只有遗传学才能解释的东西。”

某些基因控制着与在不同环境中成功相关的特征。“基因组学的圣杯是找到那一个影响一切的基因。统治一切的基因，”他说。“我认为这很乐观。大多数特征将由成百上千个基因决定。”在许多方面，北极茴鱼是科学家调查中的皇冠上的明珠。这种会迁徙的鱼——以其虹彩的身体和华丽的背鳍而著称——连接了阿拉斯加的分水岭，在溪流和湖泊之间移动营养物质。它们也极其容易受到气候变化的影响。茴鱼需要冷水才能发育成成鱼。它们以可能受灌木化增加影响的石蝇和蜉蝣为食。并且不可预测的夏末溪流流量可能会阻碍它们游回冬季湖泊。

“多数年份雪融化得更早，但夏天也变得越来越干燥，茴鱼不得不移动，”同样在伍德威尔研究项目的环境生态学家克里斯·内尔（Chris Neill）说，他正在研究该项目的溪流流量、水化学和植物群落。某些线索告诉茴鱼它们何时应该开始迁徙。“这些线索可能已经编程到它们的基因组中——也可能没有。”5月，费尔班克斯阿拉斯加大学的学生马修·齐默尔曼（Matthew Zimmerman）和罗伯托·庞斯·贝莱斯（Roberto Ponce Velez）前往布鲁克斯山脉以南的一个湖泊，希望从产卵的茴鱼那里收集受精卵用于一个试点实验。齐默尔曼说，仅仅找到一个产卵事件“就像用锤子砸钉子一样”。

事情从那里开始变得更加困难。学生们曾希望将他们的收获沿著以颠簸闻名的道尔顿公路运回大学校园里的实验室。他们超过一半的卵在途中死亡。

活着到达费尔班克斯的卵被放入四个水箱中，水温在4摄氏度到20摄氏度之间，共五种不同的水温。与此同时，学生们从费尔班克斯郊外几英里的切纳河（Chena River）的一个河道收集了受精卵，那里的茴鱼在仅4摄氏度的水温下产卵——比北南方的茴鱼冷六度——并将它们转移到水箱中。

这个想法是，通过收集来自不同地理位置的物种并在共享条件下共同培育它们，科学家将能够看到整个北极的遗传变异和适应有何不同。“温度确实在控制着事情的发育速度，”庞斯·贝莱斯说。“有很多权衡。在更高的温度下，鱼类的发育速度要快得多。但我们的死亡率确实很高。”明年，他们将从分布在北坡的其他湖泊和溪流中收集更多的受精卵，以了解每个种群在实验室中的表现。

Evome的科学家们即将完成北极茴鱼的第一个参考基因组，这将使他们能够比较不同种群之间对温度反应的差异，并寻找可能与当地适应有关的特定基因。

科学家们希望，通过为鸟类张网、擦洗岩石上的藻类、组装基因组以及用卡车将茴鱼卵沿道尔顿公路运送下来，最终能够预测世界之巅这个脆弱的地方如何在巨大的变化重压下设法坚持下去。

阿拉斯加的溪流和苔原会反弹、弯曲，还是会彻底折断？“我认为会有很多弹簧（恢复力），”厄本说。“但我们也会见证系统中的一些断裂或弯曲。”