气候变化预测濒危澳大利亚蜥蜴的第四纪灭绝事件与现存遗传多样性格局

《Current Biology》：Climate change predicts Quaternary extinctions and extant genetic diversity in a threatened Australian lizard

本期推荐：为应对气候变化对生物多样性的威胁，研究人员整合种群基因组学、化石鉴定与物种分布模型，揭示第四纪气候变迁如何驱动濒危蜥蜴Rankinia diemensis的局部灭绝与遗传分化。研究表明，历史气候变暖导致栖息地向高海拔收缩，低海拔种群遗传多样性显著降低，未来气候情景下适生区将进一步缩减约47%，为濒危物种保护策略制定提供跨学科范式。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，温带爬行动物面临严峻生存挑战。澳大利亚东南部山区的特有蜥蜴——山龙（Rankinia diemensis）正是一个典型代表。这种分布零散的濒危物种，其种群数量持续下降，但气候变化对其种群历史的具体影响机制尚不明确。更棘手的是，传统保护生物学研究受限于时间尺度，难以区分自然气候波动与人类活动影响的界限。而古生物学证据虽能提供历史视角，却常因化石鉴定困难而难以直接应用于现代保护实践。这种跨学科研究的脱节，使得我们无法全面理解气候变化对物种的长期影响，也难以预测未来趋势。

为突破这一瓶颈，由Till Ramm领衔的国际研究团队在《Current Biology》发表了一项创新性研究。他们巧妙整合了种群基因组学、古生物学与生态建模等多学科方法，构建了一个从过去到未来的完整研究框架。通过分析现代种群的遗传信息、鉴定第四纪化石标本，并结合高分辨率气候模拟，团队首次系统揭示了山龙蜥对历史气候变化的响应模式，并预测了其在未来气候情景下的生存风险。

研究团队运用了四项关键技术方法：首先通过简化基因组测序（DArT-seq）获得85个个体的4,035个单核苷酸多态性（SNP）位点，解析种群遗传结构；采用微计算机断层扫描（μCT）和三维几何形态测量学对127件现代标本和5件化石上颌骨进行数字化重建与分类鉴定；基于现代分布记录和六种环境变量，使用五种算法（GLM、GAM、RF、MAXENT、CTA）构建集合物种分布模型（SDM），预测过去（末次盛冰期，LGM）、现在和未来（RCP4.5/RCP8.5情景下）的栖息地适宜性；最后通过空间统计与相关性分析探讨遗传多样性（观测杂合度Ho）与地理、气候因子的关系。

种群结构 within Rankinia

基因组分析揭示了山龙蜥明显的谱系地理结构。最大似然法和溯祖模型（SNAPP）构建的系统发育树均支持新南威尔士北部种群作为其他种群的姐妹群，而塔斯马尼亚和弗林德斯岛种群嵌套于维多利亚西部支系中。快速结构（fastSTRUCTURE）分析识别出三个遗传簇，对应新南威尔士-阿尔卑斯、维多利亚西部和塔斯马尼亚-岛屿种群。主坐标分析（PCoA）进一步证实了东西向的遗传分化格局。种群间遗传分化程度高（全局F_ST = 0.473），且观测杂合度（Ho）与种群特异性F_ST值呈强负相关（Pearson's r = -0.90）。

分类分配准确性与化石鉴定

通过三维几何形态测量学对布莱奇洞穴和凯利山洞穴的化石上颌骨进行鉴定，四件标本可较可靠地归入山龙属。主成分分析显示三件化石落入山龙属形态空间，典型变量分析（CVA）进一步支持其分类归属。即使简化地标点数量（从43个减至5个），属级分类准确率仍保持75%-95%，证实了形态学方法在化石鉴定中的稳健性。

物种分布模型

集合物种分布模型显示年均降水量（bio12）和年均温（bio1）是影响山龙蜥分布的关键环境变量。末次盛冰期时，适生栖息地面积比现代扩大约244%，延伸至袋鼠岛和巴斯海峡地区，与化石分布记录吻合。未来气候情景下（2080-2100年），适生区将显著收缩：RCP4.5情景下减少39%，RCP8.5情景下减少47%，其中塔斯马尼亚和维多利亚西部栖息地几乎完全丧失。

遗传多样性的预测因子

个体杂合度与当前栖息地适宜性（r = 0.64）及海拔（r = 0.57）呈显著正相关，而与末次盛冰期以来的适宜性变化呈负相关（r = -0.66）。低海拔地区适宜性下降幅度更大，导致这些区域种群遗传多样性降低或灭绝。人类人口密度与遗传多样性无显著关联，而距分布区地理中心的距离与杂合度高度负相关（r = -0.88），支持"中心-边缘"假说。空间自回归模型证实这些关系不受空间自相关影响。

研究结论表明，第四纪气候波动是塑造山龙蜥现有遗传格局的主要驱动力。末次盛冰期期间，较低的气温和干旱条件使适生栖息地向低海拔扩张，种群连通性增强。而冰后期气候变暖导致栖息地向高海拔收缩，低地种群孤立并经历遗传漂变，造成遗传多样性丧失。这种"天空岛屿"效应与北美、欧洲高山生物的变化模式相似，但揭示了南半球温带爬行动物对气候变化的独特响应。

跨学科整合的创新价值在于：化石证据验证了物种分布模型的准确性，基因组数据揭示了历史种群动态，而古气候模拟提供了变化背景。这种"过去-现在-未来"的研究框架，不仅解释了山龙蜥的濒危机制，更为其他受气候威胁的物种提供了可复制的分析范式。

研究的保护意义尤为突出。未来气候变暖将导致山龙蜥适生区进一步向高海拔退缩，孤立小种群的遗传多样性不足可能削弱其适应能力。作者建议对模型预测的新南威尔士北部潜在适生区开展针对性调查，并优先保护高海拔避难所种群。这项研究推动了保护古生物学从理论走向实践，为制定基于气候适应性的保护策略提供了科学依据，对全球生物多样性保护具有示范意义。