全球變化推動現代浮游生物群落逃離前工業化國家

| 編譯：黃雪盈，蔡惠敏，魏韜，鄭倩望（華南農業大學食品學院）

作為地球上最大的生態系統，海洋正日益受到人為的氣候變化，為了確定人為氣候變化是否影響了其自然狀態以外的海洋環境，必須將現代觀測結果與工業化前基線進行比較。

近日，在《Nature》上發表的Global change drives modern plankton communities away from the pre-industrial state》中研究者利用浮游有孔蟲的沉積記錄的獨特潛力，為現代物種群落的組成提供一個全球工業前基線，這樣的基線可用于海洋的物理狀態。

浮游有孔蟲在海洋浮遊動物中是獨一無二的，因為它們的方解石殼在海洋沉積物中保存完好。這使得它們成為研究全球變化對海洋浮遊動物影響的理想模型系統，因為海底沉積物提供了獲得過去浮游有孔蟲群落組成的準確圖像的機會。事實上，他們的遺骸已廣泛被用來闡明過去氣候和生態變化。

研究者使用來自海底沉積物的前工業時代的浮游有孔蟲物種組合的質量控制彙編，並根據系泊沉積物捕集時間序列的觀察結果將這些與現代（1978-2013）組合進行比較。沉積物樣品（n=3754）以高解析度覆蓋了所有主要的生態省，幾乎覆蓋了整個全球溫度梯度（圖1）。由於深海生物的沉積過程和沉積物混合，從最上層沉積層中提取的有孔蟲殼代表了在人類受到顯著影響之前的百年到千年一體化組合。現代組合基於浮游有孔蟲的殼通量整合至少一年，因此不受個體發育和/或季節性的影響。大部分沉積物捕獲點來自北半球，然而它們涵蓋了全球熱梯度，包括長達12年的時間序列。

研究發現，所有人類世的群落都不同於最近的沉積物樣本中的群落，並且每個地點自公元1870年以來，不同程度地隨溫度的變化而變化。（[R=0.53，P=0.001，?= 33;圖2a）。這表明浮游有孔蟲群落自工業化前期以來發生了很大變化，並且它們與當地溫度變化的大小成比例。當比較現代物種組成與沉積物樣本時，研究者發現對於每個現代組合，最相似的沉積類似物不是距離最近的核心頂部的組合，而是來自位於其他地方的核心頂部的組合（圖2b）。因此，群落組成的變化和其他地方的近似類似物的存在表明群落層面的方向性轉變，而不是形成以前看不見的社區的物種的隨機重組。

為了評估群落組成的變化方向，研究者考慮沉積組合的位置，觀察到這些沉積物組合在大多數情況下來自較溫暖的地區，證實了二十世紀的群落組成顯示出全球變暖的印記。在全球範圍內都可以找到變暖的特徵，這表明物種組成已經在世界範圍內發生了變化，也表明群落已經對全球變暖引起的海面溫度變化的動態模式做出了響應。研究者還觀察到，顯示物種群落變化的時間序列與溫度的歷史變化不一致，在一致性程度上沒有趨勢，這不僅表明動物成分偏離了工業前基線，而且在1978年沉積物捕集器觀測開始之前就開始偏離了工業前基線。假設推斷的群落變化主要發生在19世紀中葉工業時代變暖之後，大約600公里的中間位移轉化為大約40公里每十年的位移率。這是一個保守的估計，因為在20世紀，群落變化的速度可能加快。

儘管浮游有孔蟲群落的變化模式顯示出明顯的全球變暖跡象，但浮游生物和沉積物組合之間的對比並不簡單。由於沉積物差異保存和沉積物樣品的不均勻空間分布，現代和工業前組合之間的對比可能更加複雜。研究者使用數據子集執行靈敏度測試，結果表明，在大多數情況下，物種群落的變化方向與歷史溫度變化一致，在全球浮游有孔蟲群落變化中觀察到的模式是可靠的。

因此，在全球範圍內，工業前海洋浮游有孔蟲群落和人類世海洋浮游有孔蟲群落之間存在著明顯的差異，表明群落的更替程度與全球氣溫變化的幅度和符號一致。浮游有孔蟲群落的變化明確表明，人類的影響已經大大改變了全球的物種群落，並反映了自人類世紀開始以來環境條件的變化。這些發現引發關於群落如何適應快速環境變化的討論：如果空間位移和適應的能力落後於環境變化的速度，那麼現代群落可能總是表現出一種不太理想的適應性的特徵。除了單一物種，考慮到建立新的相互作用網路所需的時間，這種滯後可能在群落層面上尤為明顯。反過來，這可能對生態系統的功能以及海洋生態系統產生巨大影響。

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