解析候鸟对气候变化的差异响应： Lesser Kestrel 的进化与生态启示

在预测物种对人为气候变化响应时，因缺乏对其时空生态和进化动态的了解而受限。研究人员以非洲 - 古北区迁徙猛禽红脚隼（Falco naumanni）为对象，结合多种方法展开研究。结果发现其存在两个进化和生态不同的谱系，亚洲谱系受气候变化影响更大。该研究为理解物种应对气候变化提供参考。

　　在地球生态环境急剧变化的当下，气候变化正以前所未有的速度重塑着地球的面貌，给全球生物多样性带来了巨大的挑战。许多物种在这场气候危机中面临着生存困境，它们的栖息地不断缩小，生态位被迫改变，甚至走向灭绝的边缘。在这样的大背景下，准确预测物种对气候变化的响应，成为了保护生物学领域亟待解决的关键问题。然而，目前在该领域的研究中存在诸多难题。一方面，大部分研究往往忽视了物种内部的遗传变异，例如不同种群对气候耐受性的差异，这使得对物种响应的预测可能出现偏差；另一方面，缺乏历史背景的研究，即没有充分考虑物种在过去面对气候波动时的应对方式，也让预测结果难以反映真实情况。

为了填补这些研究空白，来自多个国外研究机构的研究人员（Joan Ferrer Obiol、Anastasios Bounas、Diego Rubolini 等）共同开展了一项针对非洲 - 古北区迁徙猛禽红脚隼（Falco naumanni）的研究。这项研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们深入理解物种对气候变化的响应提供了重要依据。

研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。在样本采集方面，他们从 16 个不同地点收集了 119 只红脚隼的血液样本。之后，通过基因组数据生成技术，包括全基因组测序（WGS）、双酶切限制性位点相关 DNA 测序（ddRAD）和线粒体基因组测序等，获取了大量的遗传信息。在数据分析阶段，运用主成分分析（PCA）、Admixture 分析等方法探究种群结构，使用物种分布模型（SDMs）来推断红脚隼当前、过去和未来的分布范围。

研究结果主要从以下几个方面展开：

1. 全范围遗传分化和基因流：研究人员生成了染色体水平的参考基因组和全基因组数据，通过遗传分化分析发现红脚隼存在两个不同的谱系，即西部谱系（包括欧洲和中东种群）和东部谱系（包括中亚和东亚种群）。在西部谱系内部，部分个体有东部谱系的血统，表明存在一定程度的基因流。同时，检测到高加索山脉是东西部谱系基因流的主要屏障，欧洲内部也存在另外两个基因流屏障。此外，研究还发现红脚隼的起源可能在亚洲。
2. 东西部谱系的生态分化：通过物种分布模型预测，东西部谱系的繁殖和非繁殖分布重叠很少，反映出它们与气候关系的明显差异。在栖息地利用和选择上，西部谱系在繁殖期主要利用和偏好农田，且对城市区域的利用程度较高；而东部谱系则避免这些栖息地。在气候生态位方面，两个谱系在繁殖和非繁殖范围内的气候条件差异明显，几乎没有重叠，西部谱系更倾向于温暖、低海拔和湿润的环境。
3. 评估对当地环境的遗传适应：研究发现，遗传距离与地理距离和气候距离都显著相关，表明存在隔离距离（IBD）和隔离气候（IBC）现象。通过冗余分析（RDA）等方法，确定了 61 个与气候相关的单核苷酸多态性（SNP），这些 SNP 位于多个与脊椎动物局部适应相关的基因中，且两个进化显著单元（ESU）在气候相关遗传变异上存在明显差异，说明它们适应不同的当地气候条件。
4. 过去气候波动对种群历史和分布范围变化的影响：利用遗传数据重建红脚隼的种群历史，发现东西部 ESU 的分化时间大约在 40.4 kya，处于末次冰期后半段。在此期间，物种的繁殖范围缩小，有效种群数量（Ne）下降。末次冰期后，东部 ESU 的繁殖范围有所扩张，但直到新仙女木期结束，两个 ESU 的有效种群数量才开始增加，且西部 ESU 的增加更为明显，这与一些关键事件相关。
5. 对未来气候的分布和遗传响应：物种分布模型预测，未来几十年内，东西部 ESU 在繁殖季节的地理隔离将增加。在 “极端变暖” 的未来气候情景下，西部 ESU 的繁殖和非繁殖范围将扩大，而东部 ESU 则会缩小，且东部 ESU 的迁徙距离预计会增加。通过遗传偏移分析发现，东部 ESU 在未来气候条件下的遗传偏移值更高，意味着其面临更高的气候适应不良风险。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了红脚隼两个 ESU 对当代气候变化的不同响应。东部 ESU 面临着繁殖和非繁殖范围缩小、遗传偏移增加以及迁徙距离变长等问题，可能面临更高的灭绝风险；而西部 ESU 虽然目前适应较温暖的环境，但对农业生态系统的依赖使其易受土地利用变化的影响。这一研究强调了整合时空生态和进化动态对预测物种对气候变化响应的重要性，为制定保护策略提供了历史背景和遗传信息，有助于更准确地评估物种的脆弱性，为生物多样性保护提供了重要的理论支持。同时，研究也表明，即使是高度移动的物种，在当代气候变化的挑战下也可能面临生存威胁，其对气候变化的适应能力将取决于多种机制，包括扩散、表型可塑性和遗传适应等。这项研究为后续的保护生物学研究和实践提供了宝贵的参考，有助于推动全球生物多样性保护工作的开展。