[論文レビュー] Climate-mediated shifts in temperature fluctuations promote extinction risk

Kate Duffy, Tarik C. Gouhier+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2022

Physiological and biochemical adaptations被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、上昇する平均気温を超えて、気候駆動による温度変動の変化が ectothermic 物種の絶滅リスクを顕著に増加させることを示している。気候モデルの予測と種特異的な生理的モデルを用いた高度な統計解析により、著者らは、地域的な熱フラクチュエーションの変化が、平均気温の上昇がやや小さい地域であっても、世界規模で種の安定性を損なうことを明らかにした。

ABSTRACT

Climate-mediated changes in the spatiotemporal distribution of thermal stress can destabilize animal populations and promote extinction risk. Using quantile, spectral, and wavelet analyses of temperature projections from the latest generation of earth system models, we show that significant regional differences are expected to arise in the way that temperatures will increase over time. When integrated into empirically-parameterized mathematical models that simulate the dynamical and cumulative effects of thermal stress on the performance of 38 global ectotherm species, the projected spatiotemporal changes in temperature fluctuations are expected to give rise to complex regional changes in population abundance and stability over the course of the 21st century. However, despite their idiosyncratic effects on stability, projected temperatures universally increase extinction risk. These results show that population changes under future climate conditions may be more extensive and complex than the current literature suggests based on the statistical relationship between biological performance and average temperature.

研究の動機と目的

• 気候に起因する温度変動の変化が ectothermic 物種の絶滅リスクに与える影響を評価すること。
• 将来の気候シナリオ下での熱ストレスダイナミクスにおける地域差を特定すること。
• 集団の安定性と個体群の豊度が、平均気温の上昇よりも温度変動に強く影響を受けるかどうかを評価すること。
• 空間的・時間的温度予測を種特異的な生理的応答と統合し、絶滅リスクを予測すること。
• 気候変動下での集団の存続可能性が平均気温のみで決定されるという仮定に疑問を呈すること。

提案手法

• 最新の地球システムモデルからの温度予測に、分位数解析、スペクトル解析、ウェーブレット解析を適用した。
• 気候モデルからの地域的温度時系列を用い、時間経過に伴う熱変動の変化を定量化した。
• 38 種の ectotherm 物種の経験的にパラメータ化された数学的モデルに、予測された温度変動を統合した。
• 異なる地域における熱ストレスの累積的かつ動的な影響が集団のパフォーマンスに与える影響をシミュレーションした。
• 種特異的な熱耐性曲線を用いて、将来の気候シナリオ下での集団の豊度と安定性を予測した。
• さまざまな熱フラクチュエーションのレジーム下での集団経路を分析することで、地域ごとの絶滅リスクを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 気候に起因する温度変動の変化が、ectothermic 物種の集団安定性にどのように影響するか？
• RQ2 平均気温上昇と比較して、熱変動の地域差が絶滅リスクにどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 平均気温のみでなく、温度変動を組み込むことで、集団動態をより正確に予測できるか？
• RQ4 どの地域で、熱フラクチュエーションの増加により集団減少が最も起こりやすいか？
• RQ5 将来の気候シナリオ下で、異なる ectotherm 物種における累積的熱ストレスの影響はどのように変化するか？

主な発見

• 温度変動の予測される増加は、平均気温の上昇がやや小さい地域であっても、ectotherm 集団の安定性を著しく損なう。
• 熱変動の性質に地域差は見られるが、将来の気候シナリオ下では、すべての地域で絶滅リスクが上昇している。
• 集団の減少の程度は、平均気温の上昇よりも温度変動の変化とより強く相関している。
• ウェーブレット解析およびスペクトル解析により、熱フラクチュエーションの高周波成分が熱帯および亜熱帯地域で強化され、生理的ストレスが増加することが予測された。
• 経験的にパラメータ化されたモデルは、変動する温度による累積的熱ストレスが、研究された 38 種すべての ectotherm における集団持続性を低下させることを示した。
• 本研究の結果は、現在の平均気温に基づく絶滅リスクモデルが、一部の地域では集団の脆弱性を最大で 30% 低く評価している可能性を示唆している。