《Nature Communications》：Many small climate change impacts presage rapid population extinction in a common iconic bird
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本研究聚焦于一个紧迫的生态学难题：尽管许多常见鸟类物种数量锐减，但其是否及如何预示着种群灭绝尚不明确，特别是气候变化的影响因其对生物季节性及生命周期存在正负双向作用而难以评估。针对这一问题，研究人员以澳大利亚常见且受喜爱的华丽细尾鹩莺(Malurus cyaneus)为模型，整合了长达三十年的、涵盖繁殖、生存和迁徙的全年高精度观测数据，利用综合种群模型(IPM)深入解析了气候通过11条人口统计学途径影响种群动态的机制，并预测了未来灭绝风险。研究发现，许多微小的气候变化影响会累积起来，导致种群在未来30-40年内面临极高的灭绝风险。这项发表在《Nature Communications》上的研究首次从人口统计学角度提供了气候变化对常见物种构成紧迫威胁的证据，警示我们即使是数量丰富的物种也可能在短时间内迅速崩溃，对生态系统产生不成比例的巨大冲击，堪称煤矿中的“金丝雀”。
当我们谈论物种灭绝时，注意力常常集中在那些数量稀少、分布狭窄的濒危物种上。然而，历史上不乏令人警醒的先例，比如曾经数量高达30-50亿只的旅鸽，在数量下降引起关注后的短短几十年内就迅速走向了灭绝。当前，大量证据表明许多常见鸟类物种的数量正在急剧下降，但它们是否会因此灭绝，以及气候变化在其中扮演何种角色，仍是生态学领域悬而未决的难题。气候变化的影响尤其难以捉摸，因为它通常对生物的季节周期和生命周期同时产生积极和消极的影响。大多数研究仅在一年中的部分时间对物种进行监测，可能忽略或掩盖了非监测期的相反效应。此外，研究的持续时间往往不足以识别极端事件的影响，而极端事件正是气候变化的关键组成部分。为了厘清这些复杂问题，一群科学家将目光投向了一种在南澳大利亚常见的、深受人们喜爱的小鸟——华丽细尾鹩莺。
为了探究微小气候变化影响的累积效应如何驱动常见物种的种群灭绝，研究人员在澳大利亚堪培拉的国家植物园对一群华丽细尾鹩莺进行了长达三十年（1993-2022年）的持续研究。这项研究采用了全年无间断的精细监测，记录了个体的繁殖、存活和迁入情况。基于这些宝贵的长期数据，研究团队构建了一个综合种群模型(Integrated Population Model, IPM)，将个体层面和种群层面的数据整合到一个统一的统计框架中，以估算关键人口统计学参数（即种群统计参数），如不同阶段个体的表观存活率(φ)、繁殖力(γ)、迁入率(δ)等。随后，他们通过回顾性路径分析，量化了多个气候变量（如春季降雨、夏季最高温、冬季最低温和最高温）如何通过影响这些关键参数，最终作用于年度种群增长率(Population Growth Rate, PGR)。最后，利用验证有效的IPM，结合政府间气候变化专门委员会(IPCC)多种共享社会经济路径(SSP)下的未来气候预测数据，研究人员对该细尾鹩莺种群从2022年至2100年的动态进行了模拟投影，评估了其在气候变化下的灭绝风险。
研究结果
综合种群模型揭示气候影响的复杂途径
研究首先建立了一个阶段（年龄-性别-状态）和时期（年度三阶段：补充期、非繁殖期、争夺期）结构化的IPM。模型将个体分为五个阶段类别，以充分考虑不同类型个体在气候影响下的差异。通过回顾性路径分析，研究发现了11条明确的人口统计学途径，气候通过这些途径影响种群动态。例如，春季降雨增加会通过提高繁殖力和雌性幼鸟迁入率来促进种群增长；而冬季和夏季的异常高温，则主要通过降低成鸟和幼鸟在非繁殖期的存活率来限制种群增长。这表明气候变化的影响遍布全年，通过多种方式、有时滞地、差异性地作用于雄性和雌性个体。
未来预测：高灭绝风险的警报
为了验证模型的预测能力，研究人员用截至2015年的数据拟合模型，并成功预测了2016-2022年间包括急剧下降和强劲反弹在内的种群波动。随后，基于历史数据参数化的模型被用于未来预测。在“无进一步气候变化”的对照情景下，种群数量预计会波动，但在2100年前雌性种群灭绝的风险较低（22.9%）。然而，在所有温室气体排放情景下（低、中、极高），气候变化都导致了种群数量急剧且快速的下降，并最终走向灭绝。即使是在低排放情景下，种群也无法幸免。在中度和极高排放情景下，种群预计将在2059年至2062年间灭绝。这意味着，距离可能发生的局部灭绝，我们仅剩下3-4十年的窗口期，而当前的全球减排努力已超过了低排放情景。
是否存在种群拯救的途径？
面对严峻的预测，研究探讨了三种可能的拯救途径：1) 遗传适应：种群可能通过自然选择进化出更能适应气候变化的性状。然而，该物种的适合度遗传方差较低，且气候变化引起的选择方向波动可能阻碍进化拯救。2) 暖适应基因型的迁入：雌性细尾鹩莺的强制性扩散可能将来自更温暖、干燥环境的基因型引入研究种群，从而实现基因流拯救。3) 天敌数量的气候变化驱动性减少：研究期间，细尾鹩莺主要巢捕食者斑鹩的数量下降更为剧烈，这可能降低了巢捕食压力，部分解释了模型对最近两年种群激增的轻微低估。然而，这些自然拯救途径的效力存在不确定性。
结论与意义
这项发表在《Nature Communications》上的研究得出了一个令人警醒的结论：许多微小的气候变化影响会累积起来，导致一个常见且目前被列为“无危”的物种面临快速灭绝的风险。研究首次从完整的人口统计学角度证明，气候变化可以对常见物种构成紧迫的生存威胁。尽管单个气候影响的效应可能看似不大，但当它们通过11条不同的途径、在全年不同时间累积起来时，就会产生灾难性的后果。这种情况很可能并非特例，但由于大多数物种缺乏像本研究这样长达三十年、全年无休的全面监测，类似的影响往往难以被察觉。因此，华丽细尾鹩莺的遭遇可能是一个重要的预警，它像“煤矿中的金丝雀”一样，预示着我们生态系统中常见但关键组分所面临的、尚未被充分认识的巨大风险。这项研究凸显了对常见物种投入更多保护关注的重要性，因为它们的灭绝可能对生态系统功能和服务产生不成比例的严重影响。同时，它也指明了未来野生生物生存力研究的方向：必须重视全年监测和对所有关键人口统计学参数的全生命周期综合分析。
