创新方法预测气候变化对冷血动物的影响

面对气候变暖对全球生物多样性产生深远影响，并将改变许多动物的分布和数量，宾夕法尼亚州立大学领导的一个研究小组开发了一个统计模型，可以提高对栖息地的估计随着温度升高，冷血动物的适应性和灭绝概率。

冷血动物——包括鱼类、爬行动物、两栖动物和昆虫在内的一个多元化群体——构成了地球上的大多数物种。冷血动物的体温受环境温度的强烈影响。由于它们的生长、繁殖成功和生存与环境温度密切相关，因此气候变化对它们构成了重大威胁。

地质调查局科学家、宾夕法尼亚州立大学渔业生态学副教授、研究团队负责人泰勒·瓦格纳 (Tyler Wagner)表示，了解气候变化对生物多样性的未来影响是全球优先事项 。但他指出，预测一个物种将存在于何处以及未来温度下的丰度是极具挑战性的，因为对于许多物种而言，这意味着要估计动物对温度的反应，而这些温度是动物尚未经历过的，而且科学家尚未观察到。

为了更准确地估计气候变化对冷血动物的影响，在一项新的研究中，研究人员开发了一种统计方法，将在野外收集的描述许多冷血动物分布和丰度的数据与实验室获得的关于冷血动物的信息相融合物种特定的温度性能和耐受性。

在今天(4 月 3 日)发表在国家科学院院刊上的研究结果中，Wagner 及其同事报告了一种创新统计建模方法的发展。他们新开发的模型，他们称之为“生理引导丰度模型”或 PGA 模型，几乎可以应用于所有冷血动物，并被认为具有帮助形成气候适应和管理策略的巨大潜力。

“挑战在于如何将这两种信息来源结合起来，并使用实验室衍生的信息来帮助预测未来气候下的景观规模预测，这些气候是动物当前范围内没有经历过的，”宾夕法尼亚合作社的助理单位负责人瓦格纳说。 农业科学学院 鱼类 和野生动物研究室。“我们创建的模型实现了这一点。”

PGA 模型将对物种丰度和环境条件的观察与实验室得出的关于冷血动物对温度的生理反应的数据相结合，以预测物种地理分布和丰度以应对全球变暖。瓦格纳建议，如果模型中不包括物种的生理偏好，就很难现实地预测冷血动物的命运。

“当试图预测或推断气候变化对动物分布和数量的影响时，科学家们现在通常只使用描述当前条件下数量和分布与温度之间关系的信息，”他说。“然后使用这些关系来推断未来的温度条件。”

然而，瓦格纳解释说，这种方法假设物种与环境的关系在未来温度下具有生物学意义，而且重要的是，它没有考虑到环境温度与冷血动物生理学之间的紧密联系。

“虽然在了解冷血动物的分布和数量将如何应对气候变化时，冷血动物的研究不足，但在实验室获得的关于环境温度变化如何影响生理和性能的信息方面，这些动物的研究相对充分， “ 他说。“事实上，随着温度的升高，大多数冷血动物在相对表现方面都有相似的功能反应，这可以在多种类群中推广。”

研究人员使用来自中西部 1,300 多个湖泊的三种鱼类的数据开发了他们的 PGA 模型，这三种鱼类的热偏好和耐受性不同。他们将 PGA 模型的结果与不包含物种生理反应的传统模型的结果进行了比较。研究中考虑的鱼类是 cisco(冷水)、黄鲈(冷水)和蓝鳃鱼(温水)。

研究人员预测了当前条件下每个湖泊的物种分布和丰度，以及 7 月平均水温升高 1.8、3.6、5.4 和 7.2 度(华氏度)的情况。7.2 华氏度的增加对应于 2071-2100 年期间整个中西部地区气温的预测平均区域增加。

虽然传统模型的结果并未预测任何鱼类会因气候变化而灭绝或在当地被驱逐，但 PGA 模型显示，随着气候变化的增加，适应寒冷的鱼类将在其当前栖息地的 61% 中灭绝温度。

明尼苏达大学助理教授、该研究的共同作者 Gretchen Hansen 表示，不包括生理偏好的模型可能会导致低估气候变化可能对适应寒冷的物种造成的风险。

她说：“我们表明，当生理信息被纳入模型时，温度驱动的分布变化、局部灭绝以及适应寒冷、寒冷和温暖的物种的丰度发生了显着变化。” “与传统方法相比，PGA 模型在未来气候情景下提供了更真实的预测，并且具有更真实地估计气候变化对冷血物种影响的巨大潜力。”

对宾夕法尼亚州立大学的研究做出贡献的还有生态系统科学与管理系的博士生克里斯托弗卡斯特; 以及北卡罗来纳州立大学统计系的 Erin Schliep;Joshua North，劳伦斯伯克利国家实验室气候与生态系统科学部;以及明尼苏达大学渔业、野生动物和保护生物学系的 Holly Kundel 和 Jenna Ruzich。

这项研究由地质调查局中西部气候适应科学中心和国家科学基金会资助。