[论文解读] 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 6

一句话总结

本研究表明，气候驱动的温度变异性变化——而不仅仅是平均温度上升——显著增加了变温动物的灭绝风险。通过使用最新的气候模型预测与物种特异性生理模型相结合的先进统计分析，作者发现全球范围内温度波动的区域变化导致种群不稳定，即使平均温度仅适度上升，灭绝风险也显著提高。

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.

研究动机与目标

• 评估气候驱动的温度波动变化对变温动物灭绝风险的影响。
• 识别未来气候情景下不同区域热应激动力学的差异。
• 评估种群稳定性和丰度是否更受温度变异性影响，而非仅平均温度上升。
• 将时空温度预测与物种特异性生理响应整合，以预测灭绝风险。
• 挑战仅以平均温度决定种群在气候变化下生存能力的假设。

提出的方法

• 对最新地球系统模型的温度预测应用分位数、谱分析和小波分析。
• 利用气候模型提供的区域温度时间序列，量化随时间的热变异性变化。
• 将预测的温度波动整合入基于实证参数化的38种变温动物数学模型中。
• 模拟不同区域热应激对种群表现的累积与动态影响。
• 利用物种特异性热耐受曲线，预测未来气候情景下种群丰度与稳定性。
• 通过分析不同热波动制度下种群轨迹，评估各区域的灭绝风险。

实验结果

研究问题

• RQ1 气候驱动的温度波动变化如何影响变温动物的种群稳定性？
• RQ2 与平均温度上升相比，区域热变异性差异在多大程度上影响灭绝风险？
• RQ3 若仅考虑平均温度，能否更准确地预测种群动态？
• RQ4 在哪些区域，种群数量下降最可能由热波动加剧引起？
• RQ5 在未来的气候情景下，不同变温动物的累积热应激效应如何变化？

主要发现

• 预测的温度波动增加显著 destabilize 了变温动物种群，即使在平均温度上升幅度适中的区域亦然。
• 尽管热波动的性质在不同区域存在差异，但所有区域在未来气候情景下均显示出更高的灭绝风险。
• 种群数量下降的幅度与温度变异性变化的相关性，强于与平均温度上升的相关性。
• 小波分析与谱分析显示，热带与亚热带地区高频温度波动预计将加剧，导致生理压力上升。
• 基于实证参数化的模型表明，波动温度引起的累积热应激会降低所有38种研究的变温动物种群持续性。
• 本研究结果表明，当前仅基于平均温度的灭绝风险模型，可能在某些区域低估种群脆弱性达30%。