根据一项新的研究，气候变化的速度超过了许多物种的适应能力，迫使它们迁移到新的栖息地，并剧烈地改变其分布范围。
不断变化的天气模式和上升的气温正在迅速超越某些生物体的生物适应能力。上周出现的两项研究突显了这种情况在过去是如何发生的，以及未来可能如何在冷血和温血动物身上重演。
在印第安纳大学，科学家们发现，响尾蛇必须比过去任何时候都更快地迁移，才能留在适宜的环境中。“如果以物种必须迁移的公里数来衡量，这个速度要快两个数量级，”印第安纳大学地质科学系的教授 P. 大卫·波利说。
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他补充说，气候变化的速度大大快于过去 500 万到 1000 万年间观察到的气候变化。“这或多或少是一个‘迁徙或死亡’的境地。”
波利和他的合著者 A. 米歇尔·劳因，一位在印第安纳大学研究生物学和地质科学的博士生，研究了北美洲 11 种响尾蛇，追踪它们的栖息地以及彼此之间的差异程度，并将它们的迁徙与过去数百万年的气候相协调。研究人员在《PLoS ONE》期刊上发表了他们的发现。
对于波利和劳因来说，响尾蛇是追踪物种如何应对气候变化的良好模型生物。“我们已经收集了相当多的[关于响尾蛇的]数据。[响尾]蛇是变温动物，所以它们与气候的关系比哺乳动物等更直接，因此我们以更直接的方式了解[气候影响]，”波利说。
变温动物是像爬行动物这样的冷血动物，它们无法调节体内温度，必须依靠周围环境来升温或降温。这使得它们更容易受到气候变化的影响，也更迫切地需要迁移到有利的环境中。
冷血动物的视角此外，本研究中的蛇类，来自Crotalus属，主要生活在经历中等气候变化的地区。“当您靠近热带地区时，气候变化的影响不如靠近两极时那么强烈。响尾蛇处于中间位置，”波利解释道。
研究人员测量了不同响尾蛇群体的亲缘关系。“如果您了解物种之间关系的某些信息，以及它们是否拥有共同祖先，您就可以用它来估计它们的进化速度，”波利说。“从地质记录中，您可以获得有关气候变化速度的数据。”
在合并这两组数据后，波利和劳因绘制了物种分布范围在 4000 年增量内的扩张和收缩情况。在确定过去的趋势之后，科学家们推断了未来。“我们发现，平均而言，这些响尾蛇在过去 32 万年中以特定的速度转移了它们的适宜栖息地，这个速度比它们在未来 90 到 100 年内必须迁移以适应的速度慢两到三个数量级，”劳因说。
根据这些预测，响尾蛇的分布范围每年将移动 430 米到 2.4 公里。“所以基本上，它们的适宜栖息地受气候变化的影响远大于受进化变化的影响，”她说。
杜克大学尼古拉斯环境学院的博士生日尔曼·福雷罗-麦地那表示，对于鸟类，特别是那些居住在热带环境中的鸟类来说，这个过程有点不同。他解释说，由于鸟类可以调节体温，它们的分布主要取决于它们在哪里能找到充足的食物和住所。
因此，它们的分布范围转移很大程度上是气候变化的次要结果，但与响尾蛇一样，它们可能也无法移动得足够快。
热带鸟类也是研究气候变化对生态系统影响的一个有趣的案例。根据福雷罗-麦地那的说法，超过一半的鸟类生活在海拔 1000 米以上，其中超过 80% 生活在热带地区。
“当热带地区气温升高时，无论您向北还是向南移动，气温都不会发生变化，”他描述了热带地区通常如何均匀变暖。“追踪气温变化的唯一方法是向上移动。” 因此，鸟类的温度反应通常涉及向上或向下海拔移动，而不是在陆地上伸展或缩小它们的分布范围。
福雷罗-麦地那和他的同事上周也在《PLoS ONE》上发表了他们的发现。生物学家们检查了秘鲁塞罗斯德尔西拉山脉的鸟类种群，将他们在 1970 年代的发现与他们在 2010 年的发现进行了比较。
鸟类发现山顶很拥挤
研究人员使用加权平均计算，能够确定特定鸟类种群的某种“重心”，例如深蓝色花蜜鸟的重心。加权平均本质上是给定物种的“平均”分布范围。
该团队发现，他们研究的 55 个物种中的大多数在过去 40 年的变暖过程中，平均向上移动了 49 米进入山区。然而，科学家们发现，预计的分布范围转移与鸟类物种的实际移动量之间存在显著差异。“它们的移动量没有达到您预期与气温升高相符的程度。实际的反应大约只有预期移动量的 33%，”福雷罗-麦地那说。
“这不仅仅是温度本身，而是[鸟类]可能正在追踪随着它们向上移动的资源。这将解释反应的滞后性。” 换句话说，鸟类在移动巢穴方面行动迟缓，因为它们可以抵抗温度变化，但它们正在迁徙到更高的海拔以寻找食物或躲避受气候变化驱动的生态竞争者。
对于鸟类和许多其他生物来说，不幸的是，山顶很拥挤：福雷罗-麦地那说，随着物种之间竞争加剧，以及适宜生存的环境变得越来越狭窄并最终消失，向上转移栖息地可能会增加灭绝风险。
这些迁徙将因农业、工业和城市化而变得复杂。“人类住区和农业已经分割了地貌，因此对于某些物种来说，像过去那样迁徙并不容易。如果它们要做到这一点，它们需要帮助，”波利说。
然而，劳因说，情况并非毫无希望。“当然，气候变暖是一个问题。但是，一旦我们走上预计的道路，我们就可以采取某些措施来帮助物种到达可能更适合它们的某些栖息地，”她说。
根据劳因的说法，自然资源保护主义者可以使用受管理的迁移来直接将蛇类移动到新的区域，并建立走廊，使生物体能够安全地迁移到更舒适的家园。福雷罗-麦地那还建议，自然资源保护主义者应减少迁徙物种的其他压力，如污染、狩猎和栖息地丧失。
波利和劳因说，尽管他们目前的发现与某些其他生物有关，但科学家们的下一步是调查气候引起的哺乳动物和其他物种的分布范围变化。福雷罗-麦地那也希望量化安第斯山脉北部鸟类物种的灭绝风险。
研究人员希望利用各种模型动物来预测野生动物将如何应对气候变化，并制定策略以减少任何危害。
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