中国科学院动物研究所 - 科学传播.pdf

2021年八月 气候变化如何影响北极鸟类？ 作者： 詹祥江研究团队和Michael Bruford 副编辑： Daniel Watkins和Alexandra Appleton 摘要 游隼因快速俯冲飞行的特点而闻名。除此之外，它们还是环球旅行家！我们对游隼进行了从北极到 越冬栖息地的迁徙追踪，发现有的游隼能从俄罗斯北部一路飞到热带地区！ 我们想知道气候变化和遗传因素是如何影响游隼迁徙的。因此，我们使用电脑模型程序预测了未来 50年北极会发生什么变化。我们将游隼目前的夏季繁殖地和越冬地与模型预测的结果进行了比较，发现 它们的夏季繁殖地将会缩小，而越冬地则会扩张。这是由气候变化引起的。 我们追踪了来自亚欧大陆北极地区六个地方的游隼的迁徙路径，发现其中一些游隼的旅行距离超过 其它游隼的五倍！我们比较了这些游隼的DNA序列，发现长距离迁徙和短距离迁徙的游隼之间存在DNA 差异。 介绍 你有最喜欢的季节吗？在一年中的某个时节，你是否有 更向往的地方呢？很多动物从一个地方迁徙到另一个地方就 是为了在最喜欢的季节待在最喜欢的地方。北极的夏天很漫 长，它吸引了大量的小型鸟类觅食和抚育幼仔。这让北极成 为了游隼、北极燕鸥和金雕这些候鸟们最喜爱的地方之一。 在北极，气候会比世界上其他地方变化得更快，这让在 北极赖以生存的动物们变得非常脆弱。气候变化可能会降低 鸟类最喜欢的迁徙路线的可行性。当鸟类繁殖期到来时，气 候变化可能会改变繁殖地适宜繁殖的温度或导致栖息地面积 锐减，使营巢变得更加困难。 春天，游隼迁徙到北极。它们在夏天繁殖，秋天飞到南 方，其中一些游隼甚至会远达印度尼西亚！其它的则从俄罗 斯西北部飞往欧洲西部。我们很想知道更多关于游隼迁徙路 径的信息。为什么一些游隼会飞得更远？难道是因为它们的 基因不同吗？气候变化又会如何影响游隼的未来呢？ Мore free environmental science resources аt: www.ScienceJournalForKids.org 1 2021年八月 气候变化如何影响北极鸟类？ 结果 方法 六年的时间中，我们每个夏天都会在亚欧大陆 北极地区的不同站点进行野外科研和露营，在游隼 的巢中为它们佩戴卫星发射器（图一）。我们一共 采集了50只游隼的血样和羽毛样本，用于查看它们 基因组的差异。 为了弄清楚它们的北极栖息地未来会如何变 化，我们使用了气候模型。这个模型（一个电脑程 序）假设在21世纪，全球气温会因温室气体排放量 的不断增加而上升。 我们使用了先前研究发表的数据来确定在最后 一次冰川时代苔原所在的位置。我们假设从过去几 千年到不远的将来，游隼喜欢的栖息地类型不会发 生大的改变。 在我们捕获的56只游隼中，有41只至少获得了 一条迁徙路线数据，加起来有151条完整的迁徙路 线。不同地区的游隼沿着不同的路线进行迁徙，每 只游隼都有自己固定的路线。我们的追踪结果显示 游隼完成秋季迁徙大概需要14到46天，迁徙路线的 长度从2,280 km到11,002 km不等，平均每天飞行大 概213 km。 根据迁徙路径，我们将北极游隼分为了短距离 迁徙组和长距离迁徙组，发现两组游隼的基因存在 显著差异。其中，最显著的差异位于ADCY8基因。 ADCY8基因主要与长期记忆有关。当两组之间没有 太多交流或者面临不同的挑战时，它们的遗传背景 就会变得不一样。因此，是否具有长迁徙路线记忆 的能力可能是不组之间存在遗传差异的原因。 气候模型表明，在未来50年内，游隼的冬季栖 息地可能会向北扩张，尤其是那些在欧洲过冬的游 隼。但是它们在北极苔原的夏季栖息地很有可能会 缩小，进而导致一些繁殖种群的消失。 图一 a. 在游隼身上安装 卫星追踪器 讨论 b. 在距今大概22,000年前的最后一个冰川时期的 地球与现在差异很大。那时候，巨大的冰层覆盖着 北美、欧洲和亚洲东北部的部分地区。我们所研究 的游隼的祖先可能是在亚洲中部和西部的苔原中繁 殖，在东南亚过冬。 一只背着卫星追踪 器飞行的游隼 2 2021年八月 气候变化如何影响北极鸟类？ 图二：自最后一个冰川时期以来游隼繁殖和 越冬地的变化。 随着冰川的消融，更适合温暖气候的植被替 代了苔原。游隼的繁殖地也随着苔原变迁逐渐向 北移动。与此同时，游隼的越冬地则在扩大。一 些游隼找到了距离夏季繁殖地更近的越冬地，而 另一些游隼则不得不比之前飞得更远（图二）。 它们繁殖地和越冬地位置的逐渐变化或许已经改 变了可能的迁徙路线数量。 过去，当全球变暖时，苔原向北移动。但是 苔原现在位于俄罗斯的北海岸，更北部地区已经 没有可以变成苔原的地方。一些游隼可能会找到 适应这一改变的方式，比如长年待在越冬地。但 是，像游隼这样生活在北极的候鸟还有很多，气 候变化造成的栖息地丧失对它们的生存构成了威 胁。 a. 在最后一个冰川时期，游隼的繁殖区（苔原）位 于中亚，靠近一个巨大冰盖的南缘。 总结 随着气候变化对北极地区的影响越来越 大，可以让游隼度过夏天的地方越来越少。 。 游隼和其它候鸟也因此受到了气候变化的威 胁。所以，各国共同努力保护候鸟迁徙路线 是非常重要的。你也可以从很多小事做起！ b. 现在，苔原遍布北极海岸，游隼飞行路线。 你可以： • • • 告诉朋友和家人有关气候变化的问题。 尽量减少对化石燃料能源的使用。 你真的需要购买新产品吗？ 尽可能做到回收和重复利用。 繁殖区 越冬区 末次冰川时期后，地球变暖了，游隼的繁殖地发生了 什么变化？它们的越冬地发生了什么变化？ 关键术语 气候模型 – 一种使用数学方程来模拟地球气候变化的电脑程序。 数据 – 事实、数字、以及一些其他信息。 迁徙路径 – 候鸟迁徙所经过的路线。 基因组 – 生物体的全套基因集，包含着制造有机体的指令。 温室气体排放 – 由于人类活动而排放到大气中的气体，会导致温室效应。 栖息地 – 动物居住的地方。 苔原 – 气候寒冷，树木稀少的地区，地下有一层称为 “永冻土层” 的冻土。 3 2021年八月 气候变化如何影响北极鸟类？ 看看你理解了吗： 1 为什么游隼喜欢在北极过夏天？ 2 最后一个冰川时期的苔原在哪里？它移到哪里去了？为什么？ 3 科学家是如何追踪鸟类迁徙的？ 4 科学家们在远距离飞行的游隼身上发现了哪些基因差异？ 5 为什么各国需要合作来保护候鸟？ REFERENCES Zhongru Gu, Shengkai Pan, Zhenzhen Lin, Li Hu, Xiaoyang Dai, Jiang Chang, Yuanchao Xue, Han Su, Juan Long, Mengru Sun, Sergey Ganusevich, Vasiliy Sokolov, Aleksandr Sokolov, Ivan Pokrovsky, Fen Ji, Michael W. Bruford, Andrew Dixon & Xiangjiang Zhan (2021) Nature. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03265-0 U.S. Fish and Wildlife Service: Bad migration routes https://fws.gov/refuge/arctic/birdmig.html Seattle Times: Local scientists track peregrine falcons’ epic migration https://www.seattletimes.com/seattle-news/local-scientists-track-peregrine-falcons-epic-migration/ 致谢： 此中文翻译由中国科学院动物研究所詹祥江研究团队完成 4