氣候變暖惡化珊瑚礁生態(tài)，但氣候動態(tài)提高其復(fù)原力和物種豐度

珊瑚礁保護是保護海洋生物多樣性和海洋生物的基石。珊瑚的健康具有巨大的社會影響：珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)為全世界數(shù)百萬人提供了生計。保護珊瑚礁區(qū)的生物多樣性既是一個社會問題，也是海洋生物多樣性保護的一個優(yōu)先事項。

（圖源：Unsplash/CC0 Public Domain）

最近發(fā)表在《通訊生物學(xué)》（communications biology）上的一篇研究論文指出，該研究克服了時間和資源的障礙，將太平洋珊瑚三角洲的生物多樣性納入背景，同時為未來更好的監(jiān)測和保護提供了希望。

面對氣候變化，佐治亞理工學(xué)院地球與大氣科學(xué)學(xué)院教授安娜麗莎·布拉科（Annalisa Bracco）和博士后研究員柳巴·諾維（Lyuba Novi）提出了一種新的方法，可以徹底改變自然保護主義者監(jiān)測珊瑚的方式。研究人員應(yīng)用機器學(xué)習(xí)工具，研究氣候如何影響太平洋珊瑚三角洲的連通性和生物多樣性。太平洋珊瑚三角洲是地球上最多樣、生物最復(fù)雜的海洋生態(tài)系統(tǒng)之一。

即使是樂觀的氣候情景，到2100年也會對珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)造成災(zāi)難性后果。了解珊瑚礁的生態(tài)連通性、生物多樣性和復(fù)原力如何受到氣候變化的影響，將有助于提高建立可持續(xù)管理做法的機會。在這方面，生態(tài)區(qū)域化和連通性對于指定有效的海洋保護區(qū)至關(guān)重要。該研究將機器學(xué)習(xí)算法和物理直覺用于研究長達24年的海面溫度異常數(shù)據(jù)，以提取生態(tài)區(qū)域，并評估珊瑚三角洲和周圍海洋的生態(tài)連通性和生物多樣性恢復(fù)潛力。此外，該研究對厄爾尼諾-南方振蕩現(xiàn)象（ENSO）對生物多樣性和及其恢復(fù)力的影響進行了量化。研究發(fā)現(xiàn)，赤道以北的珊瑚礁的復(fù)原力更高，珊瑚三角洲的非凡生物多樣性在時間和空間上都是動態(tài)的，并受益于厄爾尼諾-南方振蕩現(xiàn)象。拉尼娜現(xiàn)象期間，印度洋和太平洋珊瑚三角洲之間以及太平洋珊瑚三角洲和中太平洋之間在中性條件下的大規(guī)模遺傳物質(zhì)交換得到了加強。通過機器學(xué)習(xí)，珊瑚三角洲的杰出生物多樣性、其演變和物種豐富度的增加通過地質(zhì)時代被情境化，同時為監(jiān)測其未來提供了新的希望。

布拉科指出，研究發(fā)現(xiàn)珊瑚三角洲的生物多樣性非?；钴S。很長一段時間以來，人們一直認為這是由于海平面變化和陸塊分布造成的，但現(xiàn)在研究結(jié)果表明事實遠非如此。

生態(tài)連通性是指允許不同生態(tài)系統(tǒng)交換遺傳物質(zhì)（如卵、幼蟲或幼崽）的條件。洋流傳播遺傳物質(zhì)，并創(chuàng)造出允許水體和生態(tài)系統(tǒng)保持一致的化學(xué)、生物和物理財產(chǎn)的動力。如果珊瑚幼蟲被傳播到一個生態(tài)區(qū)，那里的條件與原始位置非常相似，那么幼蟲可以開始創(chuàng)造新的珊瑚。

研究發(fā)現(xiàn)在厄爾尼諾-南方振蕩現(xiàn)象在三個階段——厄爾尼諾、拉尼娜和中性條件下如何影響珊瑚三角洲的連通性。在太平洋移動大量溫暖海水的氣候事件帶來了巨大的變化，并已被認為會加劇珊瑚白化，珊瑚因環(huán)境壓力而白化，易受疾病影響。弄清楚不同海洋區(qū)域和大型海洋生態(tài)系統(tǒng)是如何隨著時間的推移而聯(lián)系起來的，特別是在基礎(chǔ)物種方面，這非常重要。

研究還發(fā)現(xiàn)，氣候動態(tài)對生物多樣性是有貢獻的，這是因為氣候給赤道太平洋的洋流帶來了可變性。研究人員意識到，厄爾尼諾和拉尼娜事件的交替使得印度洋和太平洋之間發(fā)生了巨大的基因交流，并使生態(tài)系統(tǒng)能夠在各種不同的氣候條件下生存。

研究得出結(jié)論，由于珊瑚三角洲的動態(tài)氣候成分，那里重建生物多樣性的可能性比地球上任何地方都大。珊瑚三角洲地區(qū)生物多樣性的演變不僅與陸地或海平面有關(guān)，還與地質(zhì)時期厄爾尼諾-南方振蕩現(xiàn)象的演變有關(guān)。盡管厄爾尼諾-南方振蕩現(xiàn)象導(dǎo)致珊瑚白化，但它幫助珊瑚三角洲生物多樣性變得如此豐富。

由于珊瑚礁生存已被聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標列為優(yōu)先事項，該研究有望得到廣泛應(yīng)用。研究人員的方法確定了保護主義者應(yīng)該盡最大努力保護哪些生態(tài)區(qū)域，以及保護主義者可能期待的在保護措施方面最幸運的區(qū)域。他們的方法也有助于確定哪些地區(qū)應(yīng)該受到更多的監(jiān)測，哪些地區(qū)由于目前的繁榮狀況，目前可以被視為較低的優(yōu)先事項。

參考資料來源：

DOI: 10.1038/s42003-022-04330-8

DOI: 10.1038/s41559-022-01854-4

編譯：Daisy

審核：Sara

編輯：Pierre