在我们动态变化的星球上寻求庇护的植物

沿着北卡罗来纳州的最高山峰，一片孤立的云杉冷杉北方森林是更新世的遗迹，与阿巴拉契亚山脉南部的落叶树形成鲜明对比。Credit: Jess Hunt-Ralston, Georgia Institute of Technology

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by Georgia Institute of Technology）：植物，像动物和人一样，寻求气候变化的庇护。当它们移动时，它们会带走整个生态系统。为了了解植物为什么以及如何在整个时间里穿越景观，保护前沿的研究人员呼吁建立一个新的框架。未来保护生物多样性的关键可能是了解过去。

佐治亚理工大学生物科学学院、地球与大气科学学院助理教授珍妮·麦奎尔（Jenny McGuire）与德克萨斯州、挪威和阿根廷的同事一起，在《美国国家科学院院刊》（the Proceedings of the National Academy of Sciences）上率先就生物多样性这一主题进行了专题报道。在“过去作为动态变化星球上生物多样性保护的镜头”这一专题中，McGuire和她的合作者强调了未来成功保护工作必须解决的突出问题。该专题汇集了保护研究，阐明了气候变化带来的复杂和不断演变的动态以及人类使用土地的方式不断变化。McGuire说，这些因素会随着时间的推移而相互作用，从而产生动态变化，并说明需要通过深入过去将时间观点纳入保护战略。

这项工作的一个例子是McGuire对北美植物的研究，该研究调查了植物如何以及为什么会随着时间的推移跨越地理区域，它们的去向，以及为什么重要。

“植物正在改变它们的地理范围，无论我们是否意识到这一点，这都在发生，”McGuire说。“随着种子掉落或被运送到遥远的地方，随着气候的变化，植物种子能够存活和生长的可能性正在发生变化。研究数千年来植物的生态位动态可以帮助我们了解物种如何适应气候变化，并教我们如何在即将到来的快速气候变化中保护和维护生物多样性。”

第一步是了解哪些类型的植物表现出McGuire所说的“气候保真度”，而哪些没有。如果一种植物具有气候保真度，这意味着该植物保持对其偏好的气候生态位的忠诚，通常会在数千年内跨越地理区域迁移，以保持其理想的栖息地。没有表现出气候保真度的植物在面对气候变化时往往会局部适应。事实证明，忠于一个人的气候并不一定意味着忠于某个特定的地方。

为了调查树木的情况，McGuire和前佐治亚理工大学博士后学者Yue Wang（中国中山大学生态学院副教授）研究了Neotoma古生态数据库的花粉数据，该数据库包含来自北美沉积物核心的花粉化石数据。每一个沉积物核心都被逐层取样，产生了历史上不同时期的一系列花粉数据。该数据还包含了不同类型植物的相对丰度的细分，以松树、橡树和草的花粉类型为代表，例如，绘制了一张照片，说明在该位置和时间存在哪些类型的植物。

McGuire和Wang查看了从整个北美337个地点采集的13240个化石花粉样本的数据。对于北美16个主要植物分类群中的每一个，他们将花粉数据分为6个不同的块或“箱”，时间为4000年，从18000年前到现在。王使用这些数据来确定每一个时期，任何一种树木（如橡树）的所有气候地点都含有花粉化石。然后，王观察了每棵树的气候从一个时期到下一个时期的变化。王通过比较相邻时间段之间花粉类型的位置来做到这一点，这使得团队能够确定每种类型的树木的气候随时间变化的方式和原因。

沿着北卡罗来纳州的最高山峰，一片孤立的云杉冷杉北方森林是更新世的遗迹，与阿巴拉契亚山脉南部的落叶树形成鲜明对比。Credit: Jess Hunt-Ralston, Georgia Institute of Technology

“这一过程让我们看到了这些不同植物类群的气候保真度，表明某些植物保持着非常一致的气候生态位，即使在气候快速变化的情况下，”王说。

例如，他们的发现表明，当18000年前北美冰川退缩时，云杉和桤木向北移动，以保持其栖息地的凉爽温度。

至关重要的是，McGuire和Wang发现，在过去18000年中，北美的大多数植物物种都表现出了长期的气候保真度。他们还发现，迁移更远的植物在气候变化期间跟踪气候的效果更好。

但有些植物比其他植物表现更好。例如，柳树的小种子可以长距离飞行，使它们能够非常有效地跟踪自己喜欢的气候。但是，例如，灰树的大种子只能分散在离母树较近的地方，阻碍了它们追踪气候的能力。人类对栖息地的破坏可能使灰树更难在新的地区扎根。如果附近没有白蜡树的栖息地，它们的种子就面临着移动甚至更远的压力——这对白蜡树来说是一个特别的挑战，这会进一步减缓它们的迁移速度。

好的一面是，通过确定哪些植物对气候变化最敏感，McGuire和Wang的研究可以帮助自然保护协会等保护组织优先考虑生物多样性最易受气候变化影响的土地。

作为最后一步，McGuire和Wang确定了“气候保真度热点”，这些地区历史上表现出强烈的气候保真度，随着气候变化，植物最迫切需要移动。他们将这些热点地区与自然保护协会确定的可作为这些植物避难所的气候适应性地区进行了比较。虽然这些有韧性的地区的植物最初可以通过改变它们的分布来适应即将到来的气候变化，但当一个地区因缺乏连通性和人类破坏栖息地而超过气候变化能力时，这些植物可能会面临重大挑战。细化这些优先事项有助于利益相关者确定有效的战略，让生活结构茁壮成长。

McGuire说：“我认为，理解气候保真度虽然是一个新的、不同的想法，但在未来非常重要，特别是在考虑如何在气候变化面前优先保护不同的植物时。”。“重要的是能够看到一些植物和动物更容易受到气候变化的影响，而这些信息可以帮助制定保护地球生物多样性的更强有力的战略。”