動物、植物和真菌能適應氣候變遷嗎？

作者：安雅·瑪麗·韋斯特拉姆

被捕食的動物透過使用迷彩顏色來保護自己免受捕食者的侵害。 魚由於體形細長，可以在水中快速移動。 植物利用氣味吸引授粉昆蟲：生物對環境的適應無所不在。 這種適應是由生物體的基因決定的，是透過幾代人的演化過程產生的——與許多行為不同，例如，它們在生命過程中不會自發性地受到環境的影響。 因此，快速變化的環境會導致「適應不良」。 生理、顏色或身體結構不再適應環境，繁殖和生存更加困難，族群數量減少，甚至滅絕。

大氣中溫室氣體的人為增加正在以多種方式改變環境。 這是否意味著許多族群不再能適應得很好而將滅絕？ 或者生物也能適應這些變化嗎？ 那麼，在幾個世代的時間裡，動物、植物和真菌是否會出現，能夠更好地應對炎熱、乾旱、海洋酸化或水體冰蓋減少等問題，從而能夠很好地適應氣候變遷？

物種遵循它們已經適應的氣候並在當地滅絕

事實上，實驗室實驗表明，某些物種的族群能夠適應不斷變化的條件：例如，在維也納Vetmeduni 的一項實驗中，果蠅在經過100 代之後產下的卵明顯增多（時間並不長，因為果蠅會繁殖）在溫暖的溫度下迅速）並改變了它們的新陳代謝（Barghi et al., 2019）。 在另一項實驗中，貽貝能夠適應酸性更強的水（Bitter et al., 2019）。 它在自然界中是什麼樣子的？ 在那裡，一些族群也表現出了適應不斷變化的氣候條件的證據。 IPCC（政府間氣候變遷專門委員會）第二工作小組的報告總結了這些結果，並強調這些模式主要在昆蟲中發現，例如，昆蟲會較晚開始“冬歇期”，以適應更長的夏季（ Pörtner等人，2022）。

不幸的是，科學研究越來越多地表明，對氣候危機的（充分）進化適應可能是例外而不是規則。 正如 IPCC 報告中所總結的那樣，許多物種的分佈區域正在向更高海拔或兩極轉移（Pörtner 等人，2022 年）。 這些物種「遵循」它們已經適應的氣候。 位於該地區較溫暖邊緣的當地族群往往不會適應，而是遷移或滅絕。 例如，一項研究表明，在所分析的 47 種動植物物種中，有 976% 的族群（最近）在該範圍較溫暖的邊緣滅絕（Wiens，2016）。 分佈區域不可能發生足夠轉移的物種（例如因為它們的分佈僅限於個別湖泊或島嶼）也可能完全滅絕。 布蘭布爾島馬賽克尾鼠是最早被證明因氣候危機而滅絕的物種之一：它只在大堡礁的一個小島上發現，無法避免反覆的洪水和與氣候相關的植被變化（沃勒等人，2017）。

對於大多數物種來說，充分的適應是不可能的

無法準確預測有多少物種將能夠充分適應日益加劇的全球暖化和海洋酸化，以及有多少物種將（局部）滅絕。 一方面，氣候預測本身就存在不確定性，而且往往無法在足夠小的範圍內進行。 另一方面，為了對一個族群或物種進行預測，人們必須測量其與氣候調適相關的遺傳多樣性——即使使用昂貴的 DNA 定序或複雜的實驗，這也是很困難的。 然而，我們從演化生物學中知道，對許多族群來說，充分的適應是不可能的：

• 快速適應需要遺傳多樣性。 就氣候危機而言，遺傳多樣性意味著原始族群中的個體因遺傳差異而對高溫的因應方式不同。 只有存在這種多樣性，適應溫暖的個體才能在變暖期間增加族群數量。 遺傳多樣性取決於許多因素—例如人口規模。 自然範圍包括氣候不同棲息地的物種具有優勢：已經適應溫暖的種群的遺傳變異可以被「運輸」到溫暖的地區，並幫助適應寒冷的種群生存。 另一方面，當氣候變遷導致物種族群尚未適應的條件時，往往沒有足夠的有用遺傳多樣性 — 這正是氣候危機中發生的情況，特別是在分佈區域較溫暖的邊緣。Pörtner 等人， 2022）。
• 環境適應複雜。 氣候變遷本身通常會提出多種要求（溫度、降水、風暴頻率、冰蓋的變化…）。 還有間接影響：氣候也會影響生態系統中的其他物種，例如飼料植物的可用性或捕食者的數量。 例如，許多樹種不僅面臨更嚴重的乾旱，而且還受到更多樹皮甲蟲的侵害，因為後者受益於溫暖，每年產生更多的後代。 已經衰弱的樹木會承受額外的壓力。 例如，在奧地利，這會影響雲杉（Netherer 等人，2019）。 氣候危機帶來的挑戰越多，適應成功的可能性就越小。
• 由於人類的影響，氣候變化太快。 我們在自然界中觀察到的許多適應已經發生了數千或數百萬代，而氣候目前在短短幾十年內正在發生巨大變化。 在世代時間短（即繁殖快）的物種中，演化發生得相對較快。 這可以部分解釋為什麼昆蟲經常能適應人為氣候變遷。 相較之下，大型、生長緩慢的物種，例如樹木，通常需要很多年才能繁殖。 這使得跟上氣候變遷變得非常困難。
• 適應並不意味著生存。 人們很可能已經在某種程度上適應了氣候變遷——例如，他們今天比工業革命前能更好地抵禦熱浪——但從長遠來看，這些適應能力不足以承受1,5°C、2°C或3°C的升溫。 此外，重要的是，演化適應總是意味著適應不良的個體幾乎沒有後代，或沒有後代就死亡。 如果這影響到太多個體，倖存者可能會更好地適應——但族群數量仍可能大幅減少，遲早會滅絕。
• 有些環境變化不允許快速調整。 當棲息地發生根本性變化時，適應簡直是不可想像的。 魚類族群無法適應乾涸湖泊的生活，陸地動物如果棲息地被洪水淹沒也無法生存。
• 氣候危機只是眾多威脅之一。 人口越少、棲息地越分散、同時發生的環境變化越多，適應就變得越困難（見上文）。 人類透過狩獵、棲息地破壞和環境污染使適應過程變得更加困難。

面對滅絕我們能做些什麼？

當大多數物種無法成功適應時該怎麼辦？ 當地族群的滅絕幾乎是無法避免的——但至少各種措施可以抵消整個物種的喪失和分佈區域的縮小（Pörtner et al., 2022）。 保護區對於保護適應良好的物種以及保護現有的遺傳多樣性非常重要。 將一個物種的不同族群連接起來也很重要，以便適應溫暖的遺傳變異可以輕鬆傳播。 為此，正在建立連接合適棲息地的自然「走廊」。 這可以是連接農業區不同樹木或保護區的樹籬。 將個體從受威脅族群主動轉移到它們較適應的地區（例如，在更高海拔或更高緯度）的方法在某種程度上更具爭議性。

然而，所有這些措施的後果無法準確估計。 儘管它們可以幫助維持個體族群和整個物種，但每個物種對氣候變遷的反應不同。 範圍以不同的方式變化，物種以新的組合相遇。 食物鏈等交互作用可能會發生根本性且不可預測的變化。 面對氣候危機，保護生物多樣性及其為人類帶來的寶貴利益的最佳途徑仍然是有效、迅速應對氣候危機本身。

文學

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Bitter, MC、Kapsenberg, L.、Gattuso, J.-P. 與 Pfister, CA (2019)。 長期存在的遺傳變異促進了對海洋酸化的快速適應。 自然通信, 10(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13767-1

Netherer, S.、Panassiti, B.、Pennerstorfer, J. 與 Matthews, B. (2019)。 嚴重乾旱是奧地利挪威雲杉林樹皮甲蟲侵擾的重要驅動因素。 森林與全球變化的前沿, 2。 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/ffgc.2019.00039

Pörtner, H.-O.、Roberts, DC、Tignor, MMB、Poloczanska, ES、Mintenbeck, K.、Alegría, A.、Craig, M.、Langsdorf, S.、Löschke, S.、Möller, V., Okem, A. 與Rama, B.（編）。 （2022）。 2022 年氣候變遷：影響、調適與脆弱性。 第二工作小組對政府間氣候變遷專門委員會第六次評估報告的貢獻。

Waller, NL, Gynther, IC, Freeman, AB, Lavery, TH, Leung, LK-P., Waller, NL, Gynther, IC, Freeman, AB, Lavery, TH 和 Leung, LK-P。 （2017）。 布蘭布爾島 melomys 紅花蜜餞 （囓齒目：鼠科）：人類造成的氣候變遷導致哺乳動物首次滅絕？ 野生動物研究, 44(1), 9–21. https://doi.org/10.1071/WR16157

維恩斯，J.J.（2016）。 與氣候相關的局部滅絕已經在動植物物種中廣泛存在。 PLOS生物學, 14(12)、e2001104。 https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2001104