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有些动物能适应气候改变,只是适应速度不够迅速

2019-8-23 17:59

来源:国家地理|389人参与|0评论

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这些极端高温事件可能会对自然选择产生巨大影响。不过,有些动物后代需要在极端情况下存活下来,才能将这些有益的基因传递给种群。如果极端热浪导致种群灭绝,自然选择就不会发生。

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有些动物能适应气候改变,只是适应速度不够迅速

  普通海鸦是栖息于北半球陡峭的岛屿上的一种海鸟,目前正挣扎着适应不断变暖的气候。

  摄影:THOMAS P. PESCHAK,NAT GEO IMAGE COLLECTION

  撰文:JENNY HOWARD

  当地时间6月28日,当ANNE CHARMANTIER打算查看大山雀(原产于欧洲的一种鸣鸟)时,她原本希望看到一窝健康、充满生机的大山雀幼雏。

  当她慢慢打开木质巢箱的门时(研究大山雀的一个技巧),鸟窝里悄无声息,她不禁不安起来。她往里一看,一个可怕的情景出现在眼前:所有的大山雀雏鸟都死在鸟巢里。Charmantier是法国国家科学研究中心的进化生态学家,已经对大山雀进行了15年的研究,深知这并不正常。

  大山雀死亡的罪魁祸首是6月底席卷欧洲的热浪。在Charmantier检查的鸟巢的所在地蒙彼利埃,温度超过了43℃,比之前的最高温度高出了近6℃。

  Charmantier说:“今年的气温前所未有的高,令人毛骨悚然。”

  尽管这只是一件奇闻异事,但科学家预测,极端热浪将随着气候变化而变得更加普遍,对一些生物的生存造成巨大影响。

  科学家们感到困扰的问题是:气候变化的速度是否太快,导致动物们及其后代无法迅速适应环境而灭绝

  科克大学的进化生态学家Thomas Reed说:“气候变化是生物多样性人类社会在下个世纪面临的主要威胁之一。最终,物种必须继续进化”才能适应环境和生存。

  提早繁殖

  目前,像Charmantier和Reed这样的科学家正在研究世界各地的动物时时彩网投APP应对气候变化形成的新环境。不断升高的气温和水温、上升的海平面、日益增强的风暴以及消失的冰川,这些对那些已经适应特定环境的物种来说,是一个截然不同的世界。

  多个研究都对单个物种时时彩网投APP应对气候变化进行了研究。不过今年7月发表在《自然通讯》上的一项研究进行了元分析,试图对所有数据进行综合分析,进而得出更广泛的结论。

  新研究的主要作者Viktoriia Radchuk浏览了一万多篇已发表研究的摘要,寻找可以纳入分析的数据。

  研究人员主要关注植物以外的分类群的研究——两栖动物、哺乳动物、鸟类、爬行动物和昆虫,这使得研究人员在这些研究地点发现了气温上升的趋势。

  更温暖的地球在陆地环境中产生了级联效应:夜间气温更加高,树木长出绿色的藤蔓,昆虫开始疯狂的求偶展示。大量黄绿色的新叶和含苞待放的花朵为饥饿的毛虫提供了丰富的食物。这些小毛毛虫则会经由鸟父母们,落入饥饿的幼鸟之口。

  随着气候不断变化,春天提前到来,这也会对动物产生影响。Radchuk的团队发现,关键生命周期事件(比如繁殖)的时机与气候变暖模式之间存在很强的关联:动物通常会提前繁殖,以适应新的季节变化。

  平均来说,半个世纪以来,鸟类下蛋的时间窗口提前了近两周。由于许多小型鸣鸟可以在大约一个月的时间里把幼鸟养大,因此两周对它们来说是一个很大的改变。

  “如果鸟类不改变周期,那么幼雏就会在毛毛虫长大消失之后才出生,如此一来,它们就会饿死,”Charmantier说。

  目前气候变暖已经发生,而且动物能够更早地繁殖,于是研究团队想进一步了解动物否能随着气候的变化而进化。数据库中符合条件的动物物种缩减到13个,而且几乎都是鸟类。

  Charmantier说,研究人员希望研究能够看到“进化发生的案例,而且进化的进程发生在几代之内”。

  进化的速度可能非常快,在几年之内就已完成,也可能是一个缓慢的过程。在繁殖速度更快的昆虫中,进化可能迅速完成,而寿命较长的鸟类和哺乳动物的进化速度通常则更缓慢。

  自然选择只是推动进化的一种力量。Charmantier解释说,要想自然选择能够发生,一些具有特殊能力的个体(比如更早开始繁殖),必须受到大自然的偏爱。如果更早的繁殖意味着父母能够养育更多的后代(与基因有关),那就意味着自然选择在起作用,促使动物提前繁殖。

  研究小组发现了大多数物种自然选择的证据,随着气候逐渐变暖,这些动物更早开始繁殖。Charmantier说:“不过,与科学家的气候预测相比,动物进化的速度远不够快。”

  要想确保种群能够保持稳定,鸟类将不得不更早地开始繁殖。

  那些不能与气候变暖速度相匹配并推迟繁殖时间的动物,比如狍和哥伦比亚地鼠,就无法繁殖足够多的后代。发表于《自然通讯》的新研究的共同作者Reed称,如果动物不能适应,那么该动物的当地种群就有可能灭绝。

有些动物能适应气候改变,只是适应速度不够迅速

  鹿不会改变繁殖时间以适应提早到来的春天,这是一种不适应的反应,会导致其繁育的后代更少。

  摄影:PATRICK PLEUL,PICTURE ALLIANCE/GETTY IMAGES

  Reed承认,这项研究选取的动物只是所有种群和动物的一个缩影。进食种类更多或栖息地范围更广的动物,可能对气候变化具有更强的适应能力。

  Jeremy Cohen是威斯康辛大学的博士后研究员,也参与了这项研究,他对研究中提到的案例是否是明显的进化反应表示怀疑。“鸟类可能会对天气状况做出迅速反应,而不是在代际之间不断适应调整,” Cohen说。

  之前的研究已经发现,迁徙和繁殖时间的变化与气温变暖有关,但这些变化更多的是一种行为反应。科学家们需要通过某个种群的相关个体获取高质量的基因数据,才能证明那些提示鸟类提前繁殖的基因确实在下一代中出现。Cohen指出,体型等形态特征的变化,可能是动物对气候变化做出进化反应的更有说服力的证据。

  “这是一个非常有价值的综合评估,更大的变化是动物无法跟上气候改变的速度,”萨斯喀彻温大学的进化生态学者Jeffrey Lane说,他没有参与新研究。

  发表于《自然通讯》的新研究的数据主要来自美国和欧洲的温带气候,这些地区记录了最长时间的连续气候数据。热带北极则代表着情况不明的广大地区。不过,研究人员正在努力填补这一空白。

  北至北极

  多年来密切研究动物种群的研究人员积累了这类基因数据,以回答动物是否会随着气候变化而进化,但截至目前答案并不肯定。

  在北极的一个小型沙洲岛上,黑海鸽正在提前繁殖,试图跟上冰层融化的速度。在过去的47年里,在海冰逐年消失的更早、更快的同时,George Divoky一直在记录这种生活在其栖息地北部地区的小型海鸟的变化。

  气候变化的另一个显著特征体现在这个小群体上:目前北极熊经常造访这个沙洲岛,试图捕食黑海鸽。研究人员不得不睡在电栅栏后面,因为北极熊已经变得非常常见。

  安大略皇后大学的博士生Drew Sauve说,对于黑海鸽这种北极物种,“它们正不断将产卵期提前,但这似乎还不够。”

  Sauve很好奇是否存在基因联系——繁殖更早的鸟类繁殖成功率更高,并将其遗传给后代了吗?研究人员对岛上所有的鸟类及其族谱都了如指掌,因此能够对这些鸟类提前繁殖的自然选择进行测试。

  在今年7月发表于《功能生态学》杂志上的一项研究中,研究人员发现遗传效应几乎可以忽略。提前繁殖似乎更多地与鸟类遵循环境线索有关。

  “提前繁殖可能不涉及多少进化反应的因素,出现进化反应的可能性也很小,”Sauve说。

  有可能这些鸟在过去这段时间内繁殖时经历了较强的自然选择,而现在只能对繁殖时间进行有限的调整。

  气候变化与极端事件

  动物时时彩网投APP适应不断上升的温度只是谜团之一。极端事件对动物的影响,比如法国的热浪,也需要进一步研究。

  Charmantier说,导致大山雀幼鸟死亡的极端热浪事件的一个额外因素是“热岛效应”,热岛效应通常导致城市比周围地区更热。在法国南部附近的橡树林中,气温更低,死亡的大山雀雏鸟更少。

  这些极端高温事件可能会对自然选择产生巨大影响。不过,有些动物后代需要在极端情况下存活下来,才能将这些有益的基因传递给种群。如果极端热浪导致种群灭绝,自然选择就不会发生。

  Charmantier说,我们知道这些“极端气候事件会创造一种新的选择压力,我们希望这将触发新的进化,但我们也清楚,任何进化都将无法跟上气候变化的速度。”

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