氣候變暖對植物物候的影響

植物開花時間會隨緯度發(fā)生很大的變化，這種變化常常形成顯著的緯度格局。對于同一種植物而言，低緯度地區(qū)的個體常開花較早，而高緯度地區(qū)的個體開花較晚。較大的緯度間開花時間差異（或較小的重疊）通常阻礙基因流，如果差異大到一定程度則形成時間隔離，這是物種形成機制中合子前生殖隔離的主要方式之一。同時，開花時間緯度間的差異也與物種間的相互作用緊密相關(guān)。在全球變化背景下，開花物候緯度格局存在什么樣的變化呢？近期，研究者利用多年生蘭科草本植物綬草（Spiranthes sinensis）的開花物候數(shù)據(jù)，調(diào)查了氣候變暖對開花物候緯度格局的影響。物候數(shù)據(jù)提取自標本和野外照片，時間跨度長達117年（1901-2017），地理范圍覆蓋了東亞近40個緯度。研究結(jié)果顯示，在整體上，綬草的開花時間隨緯度顯著變化，平均值為2.93天/緯度，即每增加10個緯度，開花時間推遲約1個月；在水分受限制的地區(qū)，開花物候與緯度并不存在顯著相關(guān)性，即在相近時間開花，并且也不受氣候變暖影響；在濕潤地區(qū)，開花物候隨緯度顯著變化，并且氣候變暖顯著增加了緯度間開花時間的差異，年均溫每升高1攝氏度，緯度間開花時間差異將增加2.47天/緯度；進一步的分析表明，氣候變暖促使?jié)駶檯^(qū)開花物候緯度間差異的增大，很可能是物候溫度敏感性的緯度格局所致。此外，氣候變暖對開花物候緯度間差異增大的影響，在低緯度更加顯著。這些結(jié)果表明，氣候變暖對開花物候緯度格局的影響在濕潤區(qū)和非濕潤區(qū)存在顯著的差異，因此氣候變暖將與全球降水的變化協(xié)同地影響植物的開花物候；而氣候變暖顯著增加濕潤區(qū)的開花物候緯度間差異，可能會減少不同緯度間種群的基因流，從而加速物種分化，并且在低緯度地區(qū)更加顯著。（Agricultural and Forest Meteorology 2021,296：108209）

展葉和開花分別代表一年中植物營養(yǎng)生長和生殖生長的開始，是最重要的兩個植物春季物候期。諸多研究發(fā)現(xiàn)氣候變暖導(dǎo)致植物春季物候提前。然而，這兩個植物春季物候期受氣候變暖的影響是否相同尚不清楚。研究者利用物候觀測歷史數(shù)據(jù)，分析了常見溫帶樹種春季展葉和開花物候?qū)夂蜃兣捻憫?yīng)，發(fā)現(xiàn)氣候變暖導(dǎo)致展葉和開花兩個物候期均提前，但是兩者提前的速率有所不同。無論是先花后葉還是先葉后花物種，前一個物候期均比后一個物候期的提前幅度大，由此導(dǎo)致兩個物候期的時間間隔不斷增大。造成這種結(jié)果的原因可能是升溫減弱春化作用，進而導(dǎo)致物候發(fā)生所需的積溫增加。相較于前一個物候期，后一個物候期發(fā)生所需的積溫增幅更大，從而減緩了其提前的速率。此外，光周期伴隨物候提前而縮短，同樣導(dǎo)致后一個物候期發(fā)生所需的積溫增幅更大。（Journal of Ecology 2021，109:1319-1330）

歷史氣候變化對于喜馬拉雅山鳥類群落的影響

熱帶山脈通常是生物多樣性的熱點區(qū)域。目前對于其生物多樣性起源的研究普遍忽略第四紀氣候變化對于物種分布的影響。這主要是基于生物可以通過垂直梯度上的短距離遷移來緩沖氣候變化影響的直觀推斷。近期，研究者通過重建在喜馬拉雅山地分布的288種雀形目鳥類的歷史分布動態(tài)，檢驗?zāi)┐伍g冰期（～12萬年前，LIG）和末次冰盛期（～2萬年前，LGM）的氣候變化對山地群落演化的影響。結(jié)果顯示，這些鳥類可以通過海拔梯度上的垂直遷移來應(yīng)對末次冰盛期的氣候變化），但卻有1/3—1/2的現(xiàn)生物種在末次間冰期期間缺少適宜分布區(qū)。進一步的分析發(fā)現(xiàn)，這一群落周轉(zhuǎn)可能源于末次間冰期期間氣候變異度的顯著增強導(dǎo)致的局域種群絕滅。這些研究結(jié)果表明劇烈的氣候變化可能會突破山地垂直梯度的緩沖作用，對于理解熱點區(qū)域的生物多樣性起源和預(yù)測未來氣候變化的影響具有重要作用。(Climatic Change 2021,164: 6)

二疊紀末古特提斯洋盆短暫封閉加劇了生物滅絕

在古生代和中生代轉(zhuǎn)折期，地球上發(fā)生了顯生宙規(guī)模最大的一次生物大滅絕事件——二疊紀末生物大滅絕事件。在6萬年的時間里，約81%的海洋生物徹底消失，破壞了存在2億年之久的海洋生態(tài)系統(tǒng)。這一時期，古海洋環(huán)境發(fā)生了一系列劇變，包括海水升溫、酸化、缺氧或硫化、大規(guī)模海退以及洋流循環(huán)受阻等，這些變化都是導(dǎo)致二疊紀末海洋生物大滅絕的可能因素。比之其他常用來探討古環(huán)境背景的鈾、硫、鐵等元素，鎂元素在海洋中具有更高的含量，同時海洋中鎂元素循環(huán)往往與碳—氧循環(huán)過程相伴，因而與一系列重大海陸變遷以及生命過程息息相關(guān)，有助于揭示二疊紀—三疊紀轉(zhuǎn)折期海洋環(huán)境變化以及生物大滅絕機制。近期，研究者通過對全球多條經(jīng)典的含白云巖二疊紀—三疊紀界線剖面碳酸鹽巖樣品所進行的系統(tǒng)的碳—氧—鎂同位素地球化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)在二疊紀末生物大滅絕層段，不同剖面上的白云巖，其鎂同位素均顯示較為一致的快速上升，并與碳同位素負漂呈鏡像耦合關(guān)系。其變化周期短、幅度大，表明在局限洋盆內(nèi)海洋處于相對缺氧狀態(tài)。就古特提斯洋而言，在相對局限的海洋環(huán)境中，由于海洋緩沖能力有限，全球變暖、陸源風化及河流輸入增強以及水體富營養(yǎng)化等一系列氣候和水化學(xué)變化極易在海洋環(huán)境引發(fā)一系列災(zāi)變，也更容易導(dǎo)致大范圍生物滅絕。（Earth and Planetary Science Letters 2021，556, 116704.）

湖泊生物群對全球氣候變化的響應(yīng)

白堊紀是典型的溫室氣候時期，但在白堊紀末期，出現(xiàn)了一系列的氣候波動、生物滅絕和多樣性的變化。通過對我國東北松遼盆地和山東膠萊盆地湖相化石的研究，發(fā)現(xiàn)白堊紀/古近紀之交，輪藻植物群多樣性變化與全球氣候變化之間的關(guān)系密切。全球變冷時期，輪藻植物群多樣性降低，一些藏卵器個體較大的屬種在湖泊中逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，這主要是因為藏卵器個體越大，其內(nèi)含的營養(yǎng)物質(zhì)越多，休眠時間越長，能夠?qū)ふ液线m條件萌發(fā)的概率也越大；而在全球變暖事件中，輪藻則成種作用明顯，多樣性增高，一些種在白堊紀末全球變暖事件中個體變小化，推測與德干玄武巖噴發(fā)造成的環(huán)境壓力相關(guān)。（Global and Planetary Change 2021, 197: 103400.）

重估埃迪卡拉紀海洋的氧化還原狀態(tài)

氧氣是復(fù)雜多細胞生物得以生存和繁衍的重要條件之一。距今6.35億—5.41億年前的埃迪卡拉紀是地球生命演化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折時期，產(chǎn)出了大量由復(fù)雜多細胞生命組成的化石生物群。復(fù)雜多細胞生物的生命活動需要消耗大量氧氣，它們的出現(xiàn)代表著當時海洋環(huán)境中含氧量的增高。近期，研究者以埃迪卡拉紀深水相藍田巖芯樣品為研究對象，系統(tǒng)分析了埃迪卡拉系藍田組硫同位素組成復(fù)雜變化的原因，連續(xù)、完整、新鮮的巖芯樣品為進行系統(tǒng)可靠的巖石學(xué)和礦物學(xué)觀察，以及地球化學(xué)分析提供了有力保障。黃鐵礦硫同位素原位微區(qū)分析方法結(jié)合巖石學(xué)和礦物學(xué)分析，揭示了埃迪卡拉紀海洋中的硫酸根庫容量比先前估計的要高，推測埃迪卡拉紀硫酸根庫容量可能已經(jīng)足夠滿足深層海水氧化的需求，從而為復(fù)雜多細胞生命的發(fā)展提供了保障。（Geology 2021, 49,doi.org/10.1130/G48262.1.）