[논문 리뷰] Climate-mediated shifts in temperature fluctuations promote extinction risk

Kate Duffy, Tarik C. Gouhier외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 02. 23.

Physiological and biochemical adaptations인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 평균 기온 상승 외에도 기후에 의해 유도되는 온도 변동성의 변화가 온열성 종의 멸종 위험을 크게 증가시킨다는 것을 입증한다. 기후 모델 예측과 종별 생리 모델을 활용한 고도화된 통계 분석을 통해 저자들은 지역적 온도 변동성의 변화가 세계적으로 인구를 불안정하게 만들며, 평균 기온 상승 폭이 작더라도 멸종 위험이 높아짐을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기후에 의해 유도되는 온도 변동성의 변화가 온열성 종의 멸종 위험에 어떤 영향을 미치는지 평가하기.
• 미래 기후 시나리오 하에서 열 스트레스 역학의 지역적 차이를 규명하기.
• 인구 안정성과 개체수에 영향을 주는 것이 평균 기온 상승보다 온도 변동성일 가능성이 더 높은지 평가하기.
• 시공간적 온도 예측을 종별 생리 반응과 통합하여 멸종 위험을 예측하기.
• 기후 변화 하에서 평균 기온만으로도 인구 생존 가능성이 결정된다는 가정을 도전하기.

제안 방법

• 최신 지구시스템 모델의 기온 예측에 대해 분위수, 스펙트럼, 웨이블릿 분석을 적용하였다.
• 기후 모델에서 유래한 지역 기온 시계열 자료를 활용해 시간에 따른 열변동성의 변화를 정량화하였다.
• 38종의 온열성 종에 대한 경험적으로 파rameter화된 수학적 모델에 예측된 온도 변동성을 통합하였다.
• 다양한 지역에서 열 스트레스가 인구 성과에 미치는 누적적이고 동적 영향을 시뮬레이션하였다.
• 종별 열내성 곡선을 사용하여 향후 기후 시나리오 하에서 인구 개체수와 안정성을 예측하였다.
• 다양한 열변동성 제어 조건 하에서 인구 궤적을 분석함으로써 지역 간 멸종 위험을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기후에 의해 유도되는 온도 변동성의 변화가 온열성 종의 인구 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 평균 기온 상승과 비교해 볼 때 지역 간 열변동성의 차이가 멸종 위험에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 평균 기온만을 고려하는 것보다 온도 변동성을 포함함으로써 인구 역학을 더 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ4 어느 지역에서 증가하는 열변동성으로 인해 인구 감소가 가장 빈번하게 발생할 것인가?
• RQ5 향후 기후 시나리오 하에서 다양한 온열성 종에서 누적된 열스트레스 영향은 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• 기후 모델 예측에 따르면, 온도 변동성의 증가가 평균 기온 상승 폭이 작더라도 온열성 종의 인구를 심각하게 불안정하게 만들며, 이는 전 세계적으로 나타난다.
• 열변동성의 특성에 지역적 차이가 있음에도 불구하고, 모든 지역에서 향후 기후 시나리오 하에 멸종 위험이 증가하고 있다.
• 인구 감소의 정도는 평균 기온 상승보다 온도 변동성의 변화와 더 강하게 상관되어 있다.
• 웨이블릿 및 스펙트럼 분석 결과, 고주기적 온도 변동성이 열대 및 아열대 지역에서 더욱 심화될 것으로 예측되며, 이는 생리적 스트레스를 증가시킨다.
• 경험적으로 파rameter화된 모델 분석 결과, 변동하는 온도로 인한 누적된 열스트레스가 연구된 38종의 모든 온열성 종에서 인구 지속 가능성에 악영향을 미친다.
• 본 연구 결과는 현재 평균 기온 기반의 멸종 위험 모델이 일부 지역에서는 인구의 취약성을 최대 30%까지 과소평가할 수 있음을 시사한다.