氣候變化的未來受害者

編譯 聞心

對物種脆弱性的評估為生物多樣性保護(hù)工作提供了至關(guān)重要的信息，其背后的科學(xué)仍在不斷發(fā)展。

2014年底，昆士蘭環(huán)境與遺產(chǎn)保護(hù)局的環(huán)保高級官員伊恩·吉恩瑟（Ian Gynther）感到非常失望。在過去的一段日子里，他和同事爬進(jìn)巖石縫隙中，小心翼翼地把誘餌放置在荊棘巖礁周圍——澳大利亞大堡礁北端的一個(gè)小島，用相機(jī)仔細(xì)地搜尋目標(biāo)對象。然而毋庸置疑的是，該島上特有的一種毛茸茸的小嚙齒動(dòng)物——珊瑚裸尾鼠已經(jīng)滅絕了。吉恩瑟后來告訴《衛(wèi)報(bào)》：“我和同事都極為震驚，時(shí)間一天天地過去，即使我們進(jìn)行全面搜尋，都沒有找到任何有關(guān)這種小動(dòng)物的蹤跡，這讓我們感到很沮喪?！?/p>

珊瑚裸尾鼠的消失成為保護(hù)生物學(xué)史上一個(gè)可怕的界碑。發(fā)表于2016年的相關(guān)報(bào)告明確指出，由于人為原因?qū)е職夂蜃兓M(jìn)而導(dǎo)致珊瑚裸尾鼠滅絕，這是首例因人為的氣候變化而滅絕的哺乳類動(dòng)物。吉恩瑟和同事在報(bào)告中寫道，這些嚙齒動(dòng)物的家園受到了日益極端的天氣、風(fēng)暴潮和海平面上升的影響，并指出“人類引起的氣候變化是根本原因”。

珊瑚裸尾鼠不會是最后一個(gè)遭遇滅絕厄運(yùn)的物種。隨著全球氣溫的升高，地球上數(shù)以百萬計(jì)的物種正經(jīng)歷著劇烈環(huán)境變化，其變化速度在我們這個(gè)星球的歷史上是前所未有的。最近一項(xiàng)針對2 000多個(gè)物種的薈萃分析研究表明，近50%不會飛的瀕危陸生哺乳動(dòng)物和23%的瀕危鳥類都已經(jīng)受到氣候變化的負(fù)面影響。由于氣候變化加速了全球很多有害動(dòng)態(tài)，如冰川融化和海洋酸化，物種受到的毀滅性影響可能會持續(xù)下去。

面對這一嚴(yán)峻的形勢，越來越多的保護(hù)生物學(xué)家正將注意力從記錄氣候變化對世界野生生物的影響，轉(zhuǎn)向預(yù)測單個(gè)物種滅絕及生態(tài)系統(tǒng)失衡的風(fēng)險(xiǎn)，并盡早采取行動(dòng)進(jìn)行干預(yù)。由于生存環(huán)境和生理機(jī)制的差異，各個(gè)生物體遭受的威脅也都不盡相同?？的腋翊髮W(xué)的生態(tài)學(xué)家馬克·厄爾班（Mark Urban）目前在阿拉斯加北極地區(qū)工作，他表示：“為了對有限的資源進(jìn)行最佳分配，我們真正需要做的是找出那些最瀕危物種。我們需要確定在環(huán)境適應(yīng)方面的優(yōu)勢者和劣勢者，然后試著為劣勢者提供幫助?！?/p>

2015年，生態(tài)學(xué)家馬克·厄爾班（Mark Urban）觀測到，阿拉斯加北極地區(qū)的異常高溫導(dǎo)致春天到來得比正常情況提早了一個(gè)月（第一張圖片）。盡管在2016年，氣溫遵循了一個(gè)比較正常的時(shí)間表，研究人員仍然觀測到了2015年夏季熱量的物理效應(yīng)，比如第二張圖片最左邊的地面塌陷。這兩張照片都是在6月的第一周拍攝

在過去的十年中，越來越多的研究人員努力評估單個(gè)物種在生命的不同階段面臨滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。有很多研究工具為氣候變化脆弱性評估（CCVAs）奠定了基礎(chǔ)，從未來?xiàng)⒌氐目捎眯阅Ｐ偷交陬A(yù)計(jì)溫度上升的生理效應(yīng)分析，這些工具可以一次對一個(gè)或多個(gè)物種進(jìn)行評估。評估結(jié)果可以表述為一個(gè)物種的可能滅絕風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⑵鋭澐譃橹T如“高度脆弱”的類別。很多保護(hù)規(guī)劃組織，如世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）和政府間氣候變化專門委員會（IPCC）等常采用此評估結(jié)果。

但是保護(hù)生物學(xué)家仍在努力改進(jìn)這些評估方法。美國國家野生動(dòng)物聯(lián)合會的首席科學(xué)家布魯斯·斯泰因（Bruce Stein）指出，研究人員正越來越多地關(guān)注這樣的問題：“氣候變化脆弱性意味著什么？”“有哪些不同的方法來評估它呢？”然而，就像任何涉及預(yù)測的學(xué)科一樣，致力于CCVAs的研究人員正面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

很多物種的相關(guān)數(shù)據(jù)是有限的，并且需要處理多種不確定因素——包括氣候預(yù)測固有的不定因素以及這些模型所依賴的生物學(xué)假設(shè)，這些就使研究人員面臨這樣的問題：進(jìn)行脆弱性評估的最佳方式是什么，怎樣才能更好地利用評估結(jié)果。

厄爾班說：“我們一直在思考怎樣能夠成為預(yù)測者，而不僅僅是描述者。這方面我們?nèi)〉昧艘恍┻M(jìn)展。但我認(rèn)為，作為一門學(xué)科，未來還有很長的路要走?！?/p>

珊瑚裸尾鼠是大堡礁特有的嚙齒動(dòng)物。2016年，研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)全面調(diào)查后宣布，該物種因氣候變化而滅絕

預(yù)測氣候變化的有害影響

在非洲西南部的納米布沙漠，箭袋樹在巨大的巖石背景襯托下顯得格外突出。這些高聳的肉質(zhì)植物高達(dá)8米，平均壽命約為200年。這些樹木具有文化意義——幾個(gè)世紀(jì)以來，原住民桑人一直在用箭袋樹木制作箭袋，箭袋樹的形象還出現(xiàn)在納米比亞面值50分的硬幣上。除此之外，箭袋樹為很多昆蟲和鳥類提供了至關(guān)重要的棲息地和食物來源。但到了2000年，納米比亞和南非的箭袋樹種群卻陷入了嚴(yán)重的危機(jī)，成群的箭袋樹已經(jīng)死亡或?yàn)l臨死亡。

南非斯坦陵布什大學(xué)的溫迪·福登（Wendy Foden）是參與調(diào)查的研究人員之一，當(dāng)時(shí)還是開普敦大學(xué)的一名碩士生。他說：“我們的調(diào)查幾乎覆蓋了大約2 000千米長的范圍。我們觀察有多少箭袋樹還活著，有多少已經(jīng)死了，有多少還是小樹苗?！?/p>

在調(diào)查了50多個(gè)地方、大約6000棵箭袋樹之后，研究團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論：隨著溫度的上升，沙漠變得愈加干燥，生長在其北部邊緣的箭袋樹種群遭到了嚴(yán)重的破壞。盡管在南部較冷地區(qū)的種群狀況要好一些，但預(yù)計(jì)氣溫上升將使它們很快就會經(jīng)歷類似的情況。箭袋樹在15年內(nèi)向南遷移了41千米——對于一個(gè)需要生長大約半個(gè)世紀(jì)才能成年的植物物種來說，這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)——箭袋樹很快就會遠(yuǎn)離“安逸區(qū)”。

在物種可容忍的環(huán)境范圍內(nèi)出現(xiàn)的這類地理遷移，已經(jīng)成為全球變暖最常見后果之一，也是生物學(xué)家計(jì)算與氣候相關(guān)的滅絕風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)重要出發(fā)點(diǎn)。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的生態(tài)學(xué)家林德賽·瑟曼（Lindsey Thurman）說：“典型的方法是采用全球氣候變化模型，縮減規(guī)模，并研究氣候變化的程度和速度如何縮小或限制一個(gè)物種的生存范圍?！币粋€(gè)早期有影響力的研究案例由英國利茲大學(xué)的克里斯·托馬斯（Chris Thomas，現(xiàn)在就職于約克大學(xué)）和同事于2004年發(fā)表在一篇研究論文里，他們將上述方法應(yīng)用于世界20%陸地面積上的動(dòng)植物特有種。該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算得出，到2050年，15%至37%的物種可能會滅絕，在灌木叢和溫帶森林中物種的瀕危狀況尤其嚴(yán)重。

但近年來，這類相互關(guān)聯(lián)的、基于分布的模型受到了生態(tài)學(xué)家的抨擊。首先，這些模型通常將一個(gè)物種的當(dāng)前生存范圍與它首選的環(huán)境范圍等同起來——這一假設(shè)忽略了其他分布因素的影響，如食物可利用性。厄爾班認(rèn)為，更重要的是，這些模型通常無法捕捉到氣候變化的生物學(xué)后果，因此這些后果未能反映在分布中。事實(shí)上，厄爾班在2015年進(jìn)行的一項(xiàng)分析中發(fā)現(xiàn)，與其他方法相比，基于分布的模型描繪了一幅偏樂觀的滅絕風(fēng)險(xiǎn)圖景。他說：“這類模型的一個(gè)很大問題是，它們可能缺少很多重要機(jī)制，而這些關(guān)鍵機(jī)制恰恰決定了物種對氣候變化的反應(yīng)?！?/p>

為了解決這些問題，一些研究人員利用有機(jī)體的生物學(xué)特性來預(yù)測其在不同氣候情景下的反應(yīng)。福登表示，這種方法通常以思考的形式出現(xiàn)，如“會出現(xiàn)什么問題？”“首先要考慮什么？”這種基于特征的模型包含了物種生物學(xué)特征的數(shù)據(jù)，這些特征可能使該物種對氣候變化的影響特別敏感，比如依賴特定的溫度才能生存，或者較慢的種群增長速度。更有說服力的模型應(yīng)該試圖將環(huán)境條件與物種發(fā)育或生殖生物學(xué)結(jié)合起來。

關(guān)于“會出現(xiàn)什么問題？”生物學(xué)家們的回答越來越多，因此建立在這些基礎(chǔ)上的脆弱性評估也是不斷演變的。例如，厄爾班指出，物種不是生活在真空里，所以“物種間的相互作用是很關(guān)鍵的”。由于這些相互作用，物種可能會受氣候變化間接影響，其中有相對直接的影響——如果一個(gè)物種面臨氣候變化引發(fā)的滅絕，那么它的捕食者也可能處于危險(xiǎn)之中；也有相對間接的影響——例如，2017年秋天，研究人員報(bào)告稱，生活在由于海洋變暖而被漂白的?？械男〕篝~，與生活在未漂白海葵中的小丑魚相比，壓力激素皮質(zhì)醇水平大幅上升，雄激素和雌激素水平明顯下降，繁殖能力也較低。所謂的級聯(lián)效應(yīng)開啟了物種脆弱性研究的一個(gè)新篇章，有待建模者的進(jìn)一步探索。

然而，在物種對氣候變化的反應(yīng)方面，并非所有的研究都聚焦于物種受到傷害。物種脆弱性研究的一個(gè)分支正在迅速崛起，其視角更為積極——研究物種如何適應(yīng)不斷變化的氣候環(huán)境。盡管該現(xiàn)象長期以來一直是生物學(xué)理論的基礎(chǔ)，但研究人員才剛剛開始在氣候變化的背景下對它進(jìn)行認(rèn)真分析。

將物種對氣候變化的適應(yīng)納入脆弱性評估

2014年，棲息在北美西海岸、一種中等大小的蝴蝶受到了媒體的廣泛關(guān)注，主要是因?yàn)樗⑽慈缪芯咳藛T調(diào)查結(jié)果那樣：已經(jīng)滅絕。20世紀(jì)90年代中期，季諾格紋蛺蝶被認(rèn)定是氣候變化的受害者。隨著南方氣溫的上升和北方城市化的影響，季諾格紋蛺蝶的種群數(shù)量銳減，同樣逐漸消失的還有它的寄生植物——矮車前草。英國普利茅斯大學(xué)的生物學(xué)家卡米爾·帕瑪森（Camille Parmesan）說：“當(dāng)時(shí)在我看來，它必定難逃滅絕的厄運(yùn)?！?/p>

但是，意想不到的事情發(fā)生了。她說：“這種蝴蝶開始向高海拔地區(qū)遷徙了?！?015年，她和同事的報(bào)告稱，季諾格紋蛺蝶已經(jīng)遷移到地勢較高的東部地區(qū)，而且在此過程中，它已經(jīng)投靠了另一種寄生植物。帕瑪森說：“那些生活在高海拔地區(qū)的季諾格紋蛺蝶種群非常健康。看到它們在花草間舞動(dòng)，互相碰撞，嬉戲玩耍，感覺真的很好?！?/p>

季諾格紋蛺蝶和其他類似物種的案例顯示了物種對環(huán)境壓力的基本生物反應(yīng)——適應(yīng)（CCVAs的一個(gè)術(shù)語，指的是一個(gè)種群基因組成的演化和個(gè)體的可塑性，或?qū)夂颦h(huán)境的適應(yīng)）。斯泰因說：“物種的適應(yīng)能力和頑強(qiáng)程度有時(shí)候遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想象。大自然總能找到一種方式——有時(shí)是正確的，有時(shí)可能會出問題?！?/p>

通過適應(yīng)，生物體有可能逃脫滅絕的厄運(yùn)——這被美國國家野生動(dòng)物聯(lián)合會和其他一些機(jī)構(gòu)稱為“適應(yīng)能力”。公認(rèn)的適應(yīng)性特征包括優(yōu)越的擴(kuò)散能力、表型可塑性和豐富的遺傳多樣性。澳大利亞墨爾本大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家阿里·霍夫曼（Ary Hoffmann）說：“即使有很多不確定因素，高水平的遺傳變異也肯定會使種群在未來更加健壯，雖然我們也許并不知道具體的推動(dòng)機(jī)制是什么。”

影響適應(yīng)能力的新因素的相關(guān)研究報(bào)告一直未曾間斷。例如，2018年發(fā)布的一項(xiàng)研究表明，溫血脊椎動(dòng)物比冷血脊椎動(dòng)物更能適應(yīng)氣候變化；一些研究人員正開始將物種適應(yīng)能力與基因組特定區(qū)域的變異相對應(yīng)。加州的研究人員最近報(bào)告稱，黃林鶯的北美種群能夠成功地適應(yīng)氣候變化，與涉及探索和遷徙行為的基因有關(guān)；2018年夏天發(fā)表的一項(xiàng)研究確認(rèn)，橙線雀鯛的表觀基因組中有超過200個(gè)區(qū)域同其對海溫上升的耐受力增強(qiáng)有關(guān)。

然而，適應(yīng)能力被用于脆弱性評估的案例并不多。美國地質(zhì)調(diào)查局最近的一項(xiàng)評估發(fā)現(xiàn)，美國內(nèi)政部進(jìn)行的124項(xiàng)評估所使用的保護(hù)規(guī)劃工具中，“適應(yīng)能力”這一概念僅出現(xiàn)了幾次，但這一現(xiàn)狀正在逐漸改變。USGS的瑟曼指出，忽視適應(yīng)能力可能導(dǎo)致過度悲觀的預(yù)測，從而導(dǎo)致資源分配不當(dāng)。他說：“我們強(qiáng)烈地感覺到，對適應(yīng)能力的更好理解可以提高保護(hù)計(jì)劃的成本效益?！盜UCN目前關(guān)于脆弱性評估的指導(dǎo)方針納入了“適應(yīng)能力”，以及對生物體敏感度和受氣候變化影響的評估。斯泰因和同事已經(jīng)發(fā)布了關(guān)于如何恰當(dāng)評估適應(yīng)能力的多個(gè)解釋。

為促進(jìn)這一概念的傳播，一些研究人員正在展示將適應(yīng)能力納入特定物種脆弱性評估的效果。近期，西非加納大學(xué)的本杰明·奧弗里（Benjamin Ofori）和澳大利亞麥考瑞大學(xué)的琳達(dá)·博蒙特（Linda Beaumont）及合作者對澳大利亞17個(gè)蜥蜴物種的脆弱性進(jìn)行了排名，根據(jù)敏感度和受氣候變化影響程度，7種澳大利亞蜥蜴被歸類為“高度脆弱的”——非常易受氣候變暖、變干燥影響的物種。然而，當(dāng)研究人員將每個(gè)物種的適應(yīng)能力納入考慮時(shí)，“高度脆弱的”澳大利亞蜥蜴只有2種。奧弗里說：“有些以前被歸類為高度脆弱的物種，如今被重新歸類為中度，甚至有一些物種被重新歸類為低度?！边@一評估結(jié)果可能會使優(yōu)先保護(hù)的序列發(fā)生改變。

霍夫曼認(rèn)為，更好理解適應(yīng)能力不僅能改善CCVAs，還能提供新的保護(hù)方法。他的研究團(tuán)隊(duì)提出了擴(kuò)大山袋貂的遺傳多樣性（實(shí)際上也是一種適應(yīng)能力）的策略。山袋貂棲息在澳大利亞東南部快速變暖的高山地區(qū)，是一種瀕危的有袋類動(dòng)物。根據(jù)該研究團(tuán)隊(duì)的一份報(bào)告，把一個(gè)相對較大種群的雄性引入一個(gè)較小的種群，似乎在短短3年內(nèi)就使得后者的種群數(shù)量增加了一倍。

然而，盡管適應(yīng)能力可以幫助拯救物種免受直接傷害，但這也只是權(quán)宜之計(jì)。帕瑪森解釋道：“氣候在不斷變化，氣候變化創(chuàng)造了一個(gè)‘變動(dòng)’的目標(biāo)，一個(gè)在壓力下適應(yīng)環(huán)境的有機(jī)體或許只能在一段時(shí)間內(nèi)適應(yīng)環(huán)境?！?/p>

不幸的是，這對季諾格紋蛺蝶來說似乎是一語成讖。帕瑪森表示，盡管這種蝴蝶最近逃脫了滅絕的命運(yùn)，但它們已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)死胡同——山頂。雖然高海拔的棲息地目前可以為蝴蝶們提供一個(gè)涼爽的家園，但帕瑪森和同事預(yù)測，在未來幾十年里，這個(gè)地區(qū)也將變得不適宜蝴蝶們居住。將蝴蝶們轉(zhuǎn)移到更適宜的棲息地——一種被稱為輔助遷移的策略——在現(xiàn)行環(huán)境相關(guān)法規(guī)下是否可行還不確定。帕瑪森說：“這些野生小動(dòng)物給我們帶來了驚喜，比我們想象得更能適應(yīng)氣候環(huán)境的變化，真的很奇妙。但這只是權(quán)宜之計(jì)。只是為我們爭取了幾年時(shí)間去尋找其他可行辦法。”

氣候變化脆弱性評估的價(jià)值

隨著氣候變化脆弱性評估的方法不斷演化，一些保護(hù)生物學(xué)家擔(dān)心，不同研究之間彼此是不同步的。對文獻(xiàn)的回顧研究表明，模型的應(yīng)用方式存在很大的差異。羅馬大學(xué)的米凱拉·帕西菲奇（Michela Pacifici）與福登、霍夫曼等人報(bào)告稱，在1997年至2014年期間，鳥類和哺乳動(dòng)物是目前為止CCVAs中最常被評估的物種——盡管它們只占世界生物多樣性的一小部分——而且只有少數(shù)幾項(xiàng)研究覆蓋了全球范圍。盡管北美和澳大利亞的研究經(jīng)常使用基于特征的方法，但在歐洲基于分布的方法卻占有絕對優(yōu)勢。

瑟曼表示，這種差異通常取決于特定種群或區(qū)域的可用信息。她說：“對很多物種，我們幾乎都沒有數(shù)據(jù)，甚至理解其基本的自然發(fā)展史也很有挑戰(zhàn)?！币虼耍Ｐ偷降装嗌購?fù)雜要素很難選擇。有一些模型采用的方法幾乎不需要生物數(shù)據(jù)（比如環(huán)境的耐受性和生活史特征），但可能忽略了重要的路徑；另一些則是更詳細(xì)的模型，這就需要研究人員通過假設(shè)來填補(bǔ)空白，這又使得已經(jīng)繁重的評估任務(wù)變得更加復(fù)雜了。

對于方法選擇的重要性，人們各持己見。2017年，托馬斯和同事發(fā)表了一份評估報(bào)告，對近期使用的12種方法進(jìn)行了評估。他告訴《科學(xué)家》雜志，其目的是分析不同的方法——從基于分布的模型到以特征為核心的評估——是否會得出大致相同的結(jié)論。通過利用英國鳥類和蝴蝶的種群分布和豐富程度的歷史數(shù)據(jù)及模擬數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)將不同的模型彼此之間進(jìn)行比較，從過去的歷史預(yù)測現(xiàn)在的情況。托馬斯表示，結(jié)果令人失望。只有兩種模型——這兩種都更依賴于分布而非生物學(xué)特征——達(dá)到了比隨機(jī)更好的精確度。他說：“在如何對物種進(jìn)行分類方面，這些方法也都是迥異的。根據(jù)定義，這意味著至少有一部分方法肯定是錯(cuò)的?！?/p>

托馬斯希望自己所做的比較研究能夠促進(jìn)人們?nèi)ナ占嗟臄?shù)據(jù)。他說：“我們不能只是說缺乏數(shù)據(jù)。我們必須思考，怎樣才能將事物監(jiān)控落實(shí)到位?！迸c此同時(shí)，他認(rèn)為，雖然模型在預(yù)測物種滅絕的確切時(shí)間方面可能不夠準(zhǔn)確，但它們可以確定在哪個(gè)時(shí)間物種可能會變得脆弱。

斯泰因表示，脆弱性評估所做的預(yù)測僅僅是第一步，更遠(yuǎn)大的目標(biāo)是找到切實(shí)可行的解決方案來保護(hù)有風(fēng)險(xiǎn)的物種。因此，CCVAs不應(yīng)該被視為“最終產(chǎn)品”。斯泰因說：“這只是開始。我們可以開始應(yīng)用脆弱性評估來更好地保護(hù)物種適應(yīng)氣候變化。”他和其他研究人員提倡以基于生物學(xué)的管理策略——建立在CCVAs的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)物種保護(hù)，例如，通過輔助遷移或育種計(jì)劃。

另一個(gè)重要的考慮因素是，滅絕風(fēng)險(xiǎn)不僅是氣候變化的產(chǎn)物，也是多種壓力源相互作用的結(jié)果，包括生境破壞和物種入侵。而優(yōu)先保護(hù)序列的基礎(chǔ)不僅僅是物種瀕臨滅絕的風(fēng)險(xiǎn)，社會因素的影響，如物種的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、文化意義或感知魅力，也會影響到保護(hù)經(jīng)費(fèi)如何使用；在向決策者提出建議之前，科學(xué)家可能還會考慮一個(gè)物種對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的重要性。帕瑪森認(rèn)為，一些環(huán)保主義者想要放棄以物種為中心的觀點(diǎn)，轉(zhuǎn)而采用一種更全面的、以生物多樣性為中心的方法。她說：“如果關(guān)注單個(gè)物種，我們可能會非常沮喪，因?yàn)闀泻芏辔锓N滅絕?！?/p>

斯泰因認(rèn)為，對于全世界范圍的很多物種來說，剩下的時(shí)間已經(jīng)不多了，生物學(xué)家、政策制定者和公眾必須確定什么才是真正重要的。

資料來源 The Scientist