Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of California Los Angeles, 621 Charles E. Young Drive South, Los Angeles, CA, 90095-1606, USA.
J Anim Ecol. 2013 Nov;82(6):1240-53. doi: 10.1111/1365-2656.12112. Epub 2013 Aug 8.
最近,人们对使用固有增长率(rm)来预测气候变暖对变温动物种群生存力的影响产生了兴趣。然而,由于 rm 是使用欧拉-洛塔卡方程计算的,其在预测种群持久性方面的可靠性取决于变温动物种群是否能够在热变量环境中达到稳定的年龄/阶段分布。在这里,我们使用一个数学框架来研究这个问题,该框架将对关键生命参数的温度效应的机制描述纳入到一个阶段结构的种群模型中,该模型真实地捕捉到了特征变温动物生命周期的发育延迟的温度诱导变异性。
我们发现,经历季节性温度变化的种群收敛到一个阶段分布,其年内模式在多年间保持不变。因此,年平均人均增长率也在多年间保持不变。关键的见解是允许种群收敛到一个固定的阶段分布的机制。温度对生命历史特征(繁殖、发育和死亡率)所依赖的生化过程(例如酶动力学、激素调节)的影响表现出明确的热力学特性(例如熵和焓的变化),导致可预测的结果(例如,在温度极端情况下反应速率降低或激素作用)。因此,生命历史特征对季节性温度变化表现出系统和可预测的响应。这反过来又导致阶段分布和人均增长率的时间可预测的温度响应。
当气候变暖导致年平均温度升高和/或季节性波动幅度增加时,如果变暖相对于生物体的发育周期较慢(每年 0.03-0.05°C),种群模型预测年平均人均增长率将在 100 年内降至零,并在 100 年内变为负值,导致种群灭绝,而当变暖较快时(例如每年 0.1°C),则会在 100 年内变为负值,导致种群灭绝。欧拉-洛塔卡方程预测,当变暖较慢时,rm 的下降速度较慢,而当变暖较快时,生存时间较长,两个指标之间的偏差随着发育周期的增加而增加。这些结果表明,基于 rm 的变温动物种群生存力预测可能仅适用于发育延迟较短的物种,即使在这种情况下,也仅适用于短时间尺度和缓慢变暖的情况下。