编者按：以下是《大众科学经典：南极洲：冰上生命》2014年11月刊的导言。
长期以来，南极洲一直是一个充满神秘和科学惊喜的地方。新西兰作家和航海家格雷厄姆·比林在1965年半自传体小说《福布什和企鹅》中，讲述了一位年轻鸟类学家被指派监测南极洲罗斯岛阿德利企鹅栖息地的故事。十月中旬抵达时，他对企鹅未能按时到达感到恼火。“我已经不再相信企鹅了。它们真是该死的不可能的生物，”比林写道。
“该死的不可能的生物”确实捕捉到了《大众科学经典》这期引人入胜的回顾特刊中所描述的南极洲植物、动物和微生物群的本质。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
最早前往遥远南方的航行——在18世纪——旨在回答物理问题，而非生物学问题。通过他们的旅程，早期科学家测试了通过天文观测导航经度，测量了地球磁场，并寻找了当时假设的南方大陆。在这些航行中，只有詹姆斯·库克船长的探险队包括了熟练的博物学家，他们为我们理解高纬度地区不寻常的生命做出了贡献。在整个19世纪，南极生物学在很大程度上仍然是描述性的，并且是物理学科的权宜之计，发生在其他探险活动的边缘。
其他探险活动的边缘。
因此，我们来到了20世纪和21世纪，南极探险和科学的真正开始——也是《大众科学》这期合集的起点。在国际地球物理年（1957-1958年）之后，对最南端大陆的生物学调查走向成熟，当时许多国家扩大了他们的研究领域，在南极大陆周围建立了永久基地，并赞助了广泛的实地研究和航行，以研究原位生命。
正如本期揭示的那样，目前南极洲的大部分生命主要栖息在海洋环境中。然而，情况并非总是如此。乔治·A·杜马尼和威廉·E·朗在他们1962年发表于此处的文章中描述了一个非常不同的古代环境。通过化石记录，他们描绘了温带二叠纪南极雨林的景象，类似于现代美国西北部，到处都是树木和动物的痕迹。侏罗纪、白垩纪和第三纪的植物群也很茂盛，最近的化石发现记录了侏罗纪和白垩纪时期南极洲存在陆地恐龙。南极洲的化石记录与南非、澳大利亚和新西兰的化石记录的相似性，加强了南方冈瓦纳超大陆的概念，即使在杜马尼和朗半个世纪前撰写他们的关键文章时，这一概念仍然存疑。
南极洲是如何沦落到目前的状况的？它没有陆地脊椎动物，没有树木，昆虫很少，只有三种开花植物。这种转变知之甚少，并且是当前争论的主题，一个重大的灭绝事件（可能在全球范围内）据推测发生在两百万到三百万年前。我们现在期待最顽强的陆地幸存者——在冰中冷冻了数十万年的可存活微生物，生活在南极干谷多孔岩石中的微生物群落，以及最近在冰下惠兰斯湖中发现的丰富的细菌群落——为我们提供线索，不仅是为了解南极洲的历史，也是为了了解可能存在的外星生态系统的存在和性质。
当我们转向南大洋的海洋环境时，我们遇到了一个非常不同的故事。尽管在某种程度上受到限制，但生命在这里仍然很丰富。南大洋是威廉·J·L·斯莱登在他1957年发表于本合集的文章中描述的“不可能的”企鹅的家园——以及它们的死敌贼鸥，卡尔·R·埃克隆德在他1964年的文章中对此进行了调查。寒冷的水域也可能充满海豹，它们能够完成惊人的潜水壮举，威廉·S·布鲁斯在他1894年的文章（一个多世纪前！）中对此进行了探索——沃伦·M·扎波尔在20世纪后期也进行了探索。
多年来，科学家们在南极深海中发现了令人惊讶的动物，包括可以合成防冻剂的奇异鱼类，约瑟夫·T·伊士曼和阿瑟·L·德弗里斯在他们1986年的文章中对此进行了阐明。
特别是冰鱼，为了解极端环境塑造生命的力量提供了非凡的见解。在过去的4000万年中，随着南大洋从温带条件冷却到其长期寒冷的状态——南极洲附近海水的冰点为-1.87摄氏度——那里的大多数主要鱼类群体都已局部灭绝。今天，南极洲周围的鱼类区系主要由一个亚目——南极鱼亚目（约100种）的物种组成。由于长期被隔离在冰冻的海洋中，这些鱼类（以及海洋无脊椎动物）现在只能在寒冷的温度下生存；事实上，如果温度升高到5摄氏度，大多数鱼类就会死亡。正如伊士曼和德弗里斯所描述的那样，两个惊人的适应性使这些鱼类能够开发这种未被充分利用的栖息地：（1）它们进化出强大的防冻分子，可以防止它们的体液结冰（在冰冷的水域中始终存在危险），并且（2）这个没有鱼鳔的类群中的某些物种进化出中性或接近中性的浮力（在水中失重），这使它们能够在富含食物的水层中觅食，这与它们密度更高、生活在底层的亲戚形成对比。
冰鱼科（包括16个不同物种）为我们提供了进一步的惊喜。1929年访问南乔治亚岛期间，一位年轻的挪威海洋生物学家约翰·T·鲁德，当他被捕鲸者告知当地的一些鱼没有血（被称为blodlaus-fisk的鱼）时，他认为自己被开了一个玩笑。果然，没有红色的血液从它们身上流出，这令人费解，因为红细胞和血红蛋白被认为是脊椎动物生命的常数。鲁德直到1953年才得以返回南乔治亚岛调查这个谜团，他在1965年11月刊的《冰鱼》中描述了这个谜团。鲁德的一个重要结论是，红细胞和血红蛋白的进化丧失只能发生在非常寒冷和富氧的水域中——这正是南大洋的条件。
本合集中的文章是一个引人入胜的时间胶囊，它说明了一个世纪以来在理解南极洲“不可能的”生命方面取得的进展。然而，我们的知识仍然不完整，而且随着气候变化席卷该地区，我们面临着不确定的生物学未来。福布什认识到，阿德利企鹅的繁殖成功与它们的物理环境息息相关。南极洲的生命，包括喜冷的鱼类和无脊椎动物，是否有能力适应迅速上升的气温和水温以及海洋酸化，这是一个重要的思考问题，当您继续阅读时。
>>购买本期：南极洲：冰上生命