勇敢的新世界

飓风多里安是可怕趋势的最新例子。由于气候变化,极端天气事件变得更加频繁、更加严重和更加普遍。圣路易斯华盛顿大学的一项新研究为不同物种在这种新常态下如何生存提供了重要的新视角。

波特罗

面对前所未有的变化,动物和植物正争先恐后地追赶——结果喜忧参半。一个由卡洛斯·波特罗开发的新模型,他是艺术和生物学的助理教授和曾在挪威科技大学(Norwegian University of Science and Technology)读研究生的托马斯·哈兰德(Thomas Haaland)帮助预测可能导致特定物种灭绝的变化类型。

这项研究发表在9月27日的《生态与进化》(Ecology and Evolution)杂志上,它挑战了先前认为物种在更多变的环境中更有可能在极端事件中存活的观点。

“很难预测生物体将如何应对极端事件的变化,因为从定义上说,这些事件往往是非常罕见的,”Botero说。“但是,如果我们关注它的自然史,了解它过去经历的气候状况,我们就能很好地了解任何特定物种可能会如何应对当前气候方面的变化。”

意想不到的漏洞

Botero实验室的研究人员使用生态学和进化生物学的各种工具来探索生命——从细菌到人类——是如何应对和适应反复出现的环境变化的。

在这项新研究中,Botero和他以前的学生Haaland(现在是瑞士苏黎世大学的博士后)一起开发了一个进化模型,来研究种群如何应对罕见的极端环境。(认为:500年的洪水。)这些罕见的事件对于进化来说可能是棘手的,因为它很难适应几乎从未遇到过的危险。

2019年5月,flood洪水淹没了整个爱荷华州太平洋枢纽镇。(照片:在上面)

通过计算机模拟,Haaland和Botero发现某些特征和经历是脆弱性的关键指标。

具体地说,他们发现:

  • 在一生中只繁殖一次的物种倾向于进化出保守的行为或形态,就好像它们期待每次都经历一次环境的极端。
  • 相比之下,在一个个体可以在不同的环境下多次繁殖的物种(比如,一只鸟在一个季节和不同的树上筑巢多次),进化倾向于表现得好像环境的极端永远不会发生。

这个新模型的关键观点是,属于前者的“保守”物种可以很容易地适应更频繁或更广泛的极端,但当这些极端变得更强烈时,它们就很难调整。后者的情况正好相反,属于“无忧无虑”类。

像这只大蓝鹭这样的湿地鸟类暴露在极端天气事件中。(照片:在上面)

Haaland和Botero还发现,加速性状进化的因素通常可能会阻碍——而不是促进——对罕见选择事件的适应。部分原因是:在极端环境之间的长时间间隔内,高突变率倾向于促进对正常条件的适应过程。

Botero说:“我们的研究结果挑战了这样一种观点,即历史上暴露在更多变环境中的物种更适合应对气候变化。”

“我们发现,即使对过去经历过类似事件的人群来说,极端环境的模式和强度的简单变化也可能是致命的。”这个模型只是帮助我们更好地理解何时何地可能会出现问题。”

适用于多种极端环境

Haaland和Botero所描述的简单框架可以应用于任何类型的环境极端,包括洪水、野火、热浪、干旱、寒潮、龙卷风和飓风
2,所有这些都可以被认为是气候变化下“新常态”的一部分。

heatwave在热浪罕见的地区,最担心灭绝的物种是地方性物种和地理分布小的物种。(照片:在上面)

以极端高温为例。这个模型可以用来预测当有更多的热浪,当热浪持续的时间更长,或者当典型的热浪影响更大的区域时,动物或植物物种会发生什么。

Botero说:“过去很少出现热浪的地区可能主要是那些对极端高温没有明显适应能力的物种。”“我们的模型表明,在这些特定地区灭绝的最大威胁将因此是更频繁或更广泛的热浪,而在这些地区最受关注的物种将是地方性物种和地理分布较小的物种。”

“相反,在历史上热浪很普遍和广泛的地区,可能会出现已经表现出适应极端高温的物种,”Botero补充说。“在这种情况下,我们的模型表明,这些地方的典型居民可能更容易受到高温的影响,而不是更长的或更广泛的热浪。”

通知保护行动

这种新的模式使野生动物管理人员和保护组织能够在对不同物种的自然历史和历史环境进行相对简单的评估的基础上,深入了解不同物种的潜在脆弱性。

lizard forelimb Anolis蜥蜴有特殊的脚趾,可以附着在光滑的表面上。研究人员发现,飓风过后幸存的蜥蜴的脚趾明显比以前大。(照片:科林Donihue)

例如,华盛顿大学(Washington University)客座博士后科林·多尼乌(Colin Donihue) 2018年的一项研究发现,加勒比地区的无爪蜥蜴在应对飓风时,往往会进化出更大的脚趾和更短的肢体长度,因为这些特征有助于它们在强风时更好地附着在树枝上。新模型表明,尽管这些蜥蜴不太可能受到更频繁的飓风的影响,但如果未来的飓风变得更猛烈,它们的数量可能面临灭绝的重大威胁。Botero建议,解决这一问题的一个可能的办法是在岛上提供风力避难所,让部分居民能够避开强度非常高的风。

Botero说:“虽然这个简单的保护行动不太可能完全改变‘conservative’到‘care-free’对极端事件的进化反应之间的平衡,但它可能会减少‘conservative’蜥蜴种群的最强烈的脆弱性。”这可能只是为它们赢得足够的时间,使它们的脚趾和四肢积累足够的进化变化,以满足它们已改变的习惯的新需求

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://source.wustl.edu/2019/09/brave-new-world/

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