随着随着全球气候持续偏离历史常态,许多物种正越来越频繁地暴露于超出其生理耐受阈值的极端环境中,这不仅加剧了其生存压力,还迫使物种不得不主动迁移至新的适宜栖息地,或通过进化与生态适应策略应对不断变化的环境,从而避免种群衰退甚至崩溃。在此背景下,深入理解并定量评估物种的局部适应能力以及在气候变化驱动下的脆弱性具有重要意义。这不仅有助于揭示物种如何在未来环境变化中实现生存与繁衍,同时也为制定科学合理的保护与管理策略提供理论基础和实践指导。
近期,以藏酋猴为例,动物生态专业委员会主任委员,中国科学院动物研究所李明团队联合四川大学与安徽大学,通过种群基因组学和景观基因组学研究,系统探究了气候变化对该物种遗传结构和生存状态的多重影响。研究表明,藏酋猴存在中国东部(包括安徽黄山、福建武夷山、湖南莽山)和西部(包括四川、云南乌蒙山、贵州梵净山)两个主要遗传群体。其中,黄山种群表现出最低的遗传多样性和较高的近交水平,这可能显著影响其对环境波动的适应能力。历史气候波动导致东西部种群的有效种群规模均出现显著下降,且瓶颈效应带来的负面影响在种群中仍然存在。这些发现凸显了气候变化对灵长类动物种群遗传健康和生态适应的深远影响,进一步强调了制定针对性保护措施的紧迫性和必要性。

图1 藏酋猴种群的地理分布及其基因组景观
进而,通过对种群近期历史动态的GONE分析发现,东西部种群在约1100年前经历了剧烈的种群瓶颈期,且发现东部种群中高度有害突变较西部种群有所降低,但中等有害突变较高,从而推测东部群体可能主要受到了遗传漂变和纯化选择共同作用的影响;尽管纯化选择可能降低高度有害突变位点的频率,但部分中等有害突变位点会随机漂变至高频而导致纯化选择失效。因此,本研究同时认为中等有害突变位点的随机固定会对未来气候变化的适应性造成长期损害。

图2 藏酋猴近期种群动态与遗传负荷
最后,基于物种的种内变异对未来气候变化下的生态和基因组脆弱性进行评估和预测,表明温度波动是藏酋猴栖息地选择重要的环境影响因子;此外随着气候变化的加剧,未来秦岭地区可能成为西部种群的气候避难所,而东部种群由于栖息地高度破碎化,未来适宜栖息地丧失严重。同时基于GF和GDM模型分析,显示东部种群尤其是黄山种群在未来具有较高的遗传偏移量。综合黄山种群具有较高的近亲繁殖水平、较低的遗传多样性以及较高的生态和基因组脆弱性,因而该种群在未来可能面临着较高的气候变化风险。

图3 在2050年SSP 1-2.6情景和2090年SSP 5-8.5情景下,对未来气候变化的遗传偏移量预测
综上所述,该研究认为IUCN红色名录可能低估了当前藏酋猴种群所面临的威胁程度,建议提升其保护级别。此外,考虑到东部群体尤其是黄山种群,无法通过迁移或扩散寻找更适宜的栖息地来缓解气候变化的影响,建议未来在黄山、莽山和武夷山国家公园地区建设生态廊道,以确保东部种群栖息地的连通性,并更好地发挥国家公园在保护该物种方面的效能。该研究结果以“Integrating population genomics and environmental data to predict adaptation to climate change in post-bottleneck Tibetan macaques”为题在线发表于Science Advances。中国科学院动物研究所博士生滕扬、安徽大学资源与环境工程学院讲师李文博博士、中国科学院动物研究所助理研究员王晓晨博士以及四川大学生命科学学院博士生张茹松为共同第一作者,中国科学院动物研究所李明研究员和助理研究员祁纪伟博士、以及四川大学李静教授和合肥师范学院李进华教授为共同通讯作者。该研究得到了科技部重点研发项目、国家自然科学基金项目的资助。