环境“临界点”是预测物种灭绝的关键
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北卡罗来纳州立大学的研究人员创建了一个模型，模拟适应了气候变化的人群对快速气候变化的不同反应。他们的发现表明，根据种群的适应策略，即使是气候变化的微小变化都可能造成一个“临界点”，使种群走向灭绝。
北卡罗来纳州生物复杂性计划和东南气候科学中心的博士后研究员、华盛顿大学生物学助理教授卡洛斯·博特罗(Carlos Botero)希望找出生物种群的多样性如何应对快速变化、难以预测的气候变化。
“有机体倾向于采用一种策略来应对环境的变化，”Botero说。“他们中的一些人在出生时或在一生中调整他们的基因表达，我们称之为不可逆可塑性。有些动物采取我们所说的“对冲策略”，它们的后代适应两种可能结果中的一种，因此至少有一半的后代能够存活下来，而有些动物则依靠简单的古老进化——我们称之为适应性跟踪——来跟上环境变化。我们想要确定哪些策略在某些情况下最有效，并找到该策略不再可行的点。”
Botero和他来自荷兰格罗宁根大学的同事Franz Weissing，来自挪威科技大学的Jonathan Wright和来自哥伦比亚大学的Dustin Rubenstein创造了虚拟生物体，这些生物体能够改变它们的绝缘——或者它们如何通过涂层厚度对温度变化做出反应，出汗，等等-以适应环境，然后把他们放在模拟区域的快速和缓慢的温度变化和高和低可预测性。
结果映射到一系列“区域”，在这些“区域”中，每种适应性策略都发挥了最好的作用。例如，使用可逆可塑性作为策略的有机体在高度可预测的环境中表现得更好，即使环境变化的速度很快。然而，不管可预测性如何，依赖于适应性跟踪的生物体都表现得很好，只要变化速度较慢。
但当生物体接近其区域的边缘时，无论是可预测性还是变化率上的最小变化都导致了快速灭绝。研究人员发现，即使在统计上看起来微不足道的变化中，这些临界点也可能发生。
“这些结果符合我们的预期，”Botero说。“在它们的区域内，大多数策略都考虑到了一些可变性——在某些情况下，区域内的变化可能非常大，但对生物体没有太大影响。但是，当生物接近另一个区域的边缘时，即使在可预测性或环境变化速率方面的最微小的变化都可能导致立即灭绝，因为最初的适应策略不再起作用。
“我们希望这个模型可以作为定位这些边界地区附近种群的过程的第一步，这样我们就可以更好地识别最濒临灭绝的物种。”
这项研究发表在美国国家科学院院刊．
皮克-
编辑报告:本文的摘要如下。
DOI: 10.1073 / pnas.1408589111
“适应环境变化能力的进化临界点”
作者:Carlos A. Botero，生物复杂性倡议和内部东南气候科学中心，北卡罗莱纳州立大学和华盛顿大学;荷兰格罗宁根大学Franz J. Weissing;Jonathan Wright，挪威科技大学;达斯汀·r·鲁宾斯坦，哥伦比亚大学
发表:在网上美国国家科学院院刊
文摘:
在气候快速变化的时代，迫切需要了解生物如何应对环境条件中更快、更难以预测的变化。在这里，我们开发了一个统一的模型，预测进化对环境驱动的波动选择的反应，并使用这个理论框架来探索改变的环境循环的潜在后果。我们首先表明，由环境变化的可预测性和时间尺度的不同组合决定的参数空间被划分为不同的区域，其中单一的响应模式(可逆表型可塑性，不可逆表型可塑性，下注对冲，或者适应性跟踪)有明显的选择性优势。然后我们证明，虽然这些区域内的重大环境变化可以通过进化来适应，但大多数涉及区域间过渡的变化都会导致种群迅速崩溃，甚至经常灭绝。因此，在我们的模型中，响应模式区域之间的边界对应于“进化临界点”，在这里，即使是环境参数的微小变化都可能对种群生存能力产生戏剧性和不成比例的后果。最后，我们讨论了不同的生命史和遗传体系结构如何影响参数空间中临界点的位置以及在这种转变中灭绝的可能性。这些见解有助于识别和解决自然种群面临的一些潜在威胁，这些威胁可能是由任何自然或人为环境条件变化造成的。它们也证明了进化思维在全球气候变化研究中的潜在价值。
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