前瞻性保护指数：揭示全球脊椎动物保护中被忽视的未来优先事项

《PLOS Biology》：The future-focused Proactive Conservation Index highlights unrecognized global priorities for vertebrate conservation

本文推荐前瞻性保护指数（PCI）这一创新工具，它通过整合未来外部威胁（如气候变化、土地利用变化）和物种脆弱性特征，为33,560种陆生脊椎动物提供了连续的保护优先级评分。研究显示，PCI与IUCN红色名录既有互补性，又揭示了新的保护热点，如爬行动物将成为未来保护重点，且干旱区、热带岛屿和山地森林等区域存在未被充分认识的保护需求。作者还提供了用户友好的网络应用程序和R软件包，使该指数可定制化应用于不同类群和区域。

　　

引言

人类活动导致的环境压力预计在21世纪将持续加剧。因此，开发面向未来的工具和方法来预测生物多样性面临的压力，对于有效确定保护行动的优先级、补充现有方法至关重要。本研究开发了一个连续的保护优先级指数——前瞻性保护指数（PCI），该指数整合了预测的未来外部威胁以及可能 predispose 物种脆弱性的特征。研究人员使用PCI评估了全球33,560种陆生脊椎动物的保护优先级，将其结果与国际自然保护联盟（IUCN）濒危物种红色名录中这些物种的灭绝风险类别进行了比较，并研究了这些物种未来保护需求的空间和系统发育格局。

结果

PCI与IUCN红色名录的互补性

PCI得分在被分配相同IUCN红色名录类别的物种间存在显著差异。尽管如此，在所有未来情景下，PCI得分与排序后的IUCN红色名录受威胁类别均呈显著相关。当仅包括根据明确考虑未来预测的标准（如A3和E标准）评估为受威胁的物种时，PCI与IUCN红色名录的相关性较弱但仍显著，这表明PCI方法为评估少数根据A3和E类别列为受威胁的物种提供了额外信息。

在所有分析的物种中，未评估（Non-Evaluated）和数据缺乏（Data Deficient）物种的PCI得分与濒危（Endangered）或极危（Critically Endangered）物种相似。此外，被IUCN红色名录列为近危（Near Threatened）的物种，其PCI得分更接近于受威胁类别中的物种，而非无危（Least Concern）类别中的物种。在PCI计算中，对气候变化赋予更高权重会增加其与IUCN红色名录类别的相关性，而对土地利用变化、生物入侵、体重或窝卵数赋予更高权重则会降低这种相关性。

系统发育和地理格局

在所有未来情景下，爬行动物的PCI得分中位数最高，其次是哺乳动物和两栖动物，而鸟类的得分中位数最低。与根据IUCN红色名录的受威胁物种比例相比，PCI揭示了不同的分类学互补性。具有高PCI得分和低受威胁物种比例的家庭主要包括穴居的爬行动物和两栖动物、沙漠哺乳动物和岛屿鸟类。

广泛的地理格局显示，在不同情景下，每个生态区的平均PCI得分基本一致，并在SSP 5.85情景下的2100年，主要在热带生态区有所增加。索科特拉岛的干旱灌丛、印度西部的高海拔森林以及加勒比地区的岛屿热带森林生态区具有最高的平均PCI得分。这些区域在不同脊椎动物类群中具有一致性，但也存在重要例外。两栖动物在岛屿上得分不高，但在中国和中亚的森林中得分很高。哺乳动物在马达加斯加得分也非常高。对于鸟类，得分高的岛屿主要分布在波利尼西亚，而非加勒比地区。

每个生态区中陆生脊椎动物受威胁物种的比例与其平均PCI得分呈正相关。对回归残差的分析表明，阿拉伯半岛和墨西哥北部等世界各地的干旱和半干旱区域，其PCI预测的保护优先级高于IUCN红色名录当前所显示的。生态区中受威胁物种的比例与其保护地覆盖率无关，但与平均PCI得分呈显著负相关，这一结果符合预期，因为PCI在计算中纳入了保护地覆盖率。

在线实施资源

研究人员开发了一个免费的在线网络应用程序（使用R Shiny包）来展示陆生脊椎动物的PCI得分，包括影响每个物种的威胁以及可能增加其对这些威胁脆弱性的属性。此外，还创建了一个R软件包，可以快速计算任何分类群的PCI得分。用户可以使用该软件包输入任何变量（外部威胁或物种属性）来计算PCI，并可以为每个变量分配不同的权重，从而能够针对特定的物种组、当地背景或数据可用性定制PCI。

讨论

本研究提出了一种新颖的指数，用于评估在自然环境人为压力迅速扩大、全球生物多样性持续面临威胁的时代，野生动物的未来保护优先级。PCI具有几个优势：它关注物种面临的预测未来威胁；其连续尺度可以实现细致的物种优先级排序；可以快速计算并使用广泛可用的数据；可以轻松针对物种组和当地背景进行定制。对陆生脊椎动物实施PCI的结果表明：在同一IUCN红色名录类别下分组的物种，其未来保护需求存在显著差异；被归类为数据缺乏、未评估或近危的物种，预计在未来具有较高的保护优先级；干旱地区、热带岛屿和热带山地森林中的物种，尤其是爬行动物，未来的保护优先级高于当前认识到的水平；气候变化缓解和保护地网络的扩展可以显著减轻未来威胁的影响。

PCI与IUCN红色名录的互补性

PCI和IUCN红色名录在一些物种上结果相似，而在另一些物种上则差异巨大。每个IUCN红色名录类别内PCI得分的巨大变异性揭示，未来保护优先级非常不同的物种可能被归入同一IUCN红色名录类别。修改赋予土地利用变化、生物入侵和人口密度的权重并未增加PCI得分与IUCN红色名录类别的相关性，这表明PCI可能就这些预测威胁提供与IUCN红色名录不同的信息。出乎意料的是，增加气候变化的权重会使PCI与IUCN红色名录的相关性更高，这表明当前受威胁的物种将特别容易受到气候变化的影响。PCI连续指数揭示了关于未来保护需求的新信息，可以在确定物种和区域保护优先级时补充IUCN红色名录。

研究结果表明，近危物种（一种“非受威胁”状态）的PCI得分与被视为受威胁的“易危”物种最为相似。因此，近危物种可能值得给予与受威胁物种类似的保护关注。此外，数据缺乏和未评估物种的平均PCI得分与濒危和极危物种相似。这一结果增加了越来越多的证据，表明数据缺乏和未评估物种很可能受到高度威胁。PCI可以提供一种方法来优先保护DD和NE物种，因为它提供了关于这些物种在未来几十年预计将面临的威胁的独特见解。研究人员建议保护实践者应适当关注数据缺乏、未评估和近危物种的保护优先级确定，使用PCI等补充性保护优先级工具。

系统发育和地理格局

在所有检查的未来情景下，爬行动物是保护优先级最高的脊椎动物类群，这增加了先前的证据，即爬行动物可能比IUCN红色名录当前描述的更受威胁。尽管爬行动物是物种最丰富的脊椎动物类群，但在保护研究和行动中相对被忽视。像蚓蜥和盲蛇这样的穴居和隐秘爬行动物具有较高的平均PCI得分，但IUCN红色名录中的受威胁物种比例较低。这些是研究不足的类群，通常缺乏进行正式威胁评估的足够信息。PCI可以提供一种实用的方法来评估难以研究的类群的保护需求，为保护这些被忽视物种免受未来威胁的行动提供信息。爬行动物在印度西部（西高止山脉和德干高原）和加勒比地区的平均PCI得分最高。在这些地区采取有针对性的保护干预措施，对于防止这一脆弱且被忽视的类群物种丧失具有很高的潜力。

IUCN红色名录显示两栖动物是受威胁最严重的类群。PCI可能低估了两栖动物的威胁状况，因为它没有包括壶菌病的威胁，壶菌病被许多人认为是两栖动物的主要威胁过程。然而，与真菌疾病相关的两栖动物死亡率通常因其他威胁（如气候变化）而加剧，而这些威胁在PCI中已考虑在内。无论如何，研究结果显示了爬行动物和两栖动物之间趋同的保护需求。聚类分析表明，在最坏的气候变化情景（SSP 5.85）下，两栖动物和爬行动物将比哺乳动物和鸟类更容易受到气候变化的影响。与爬行动物类似，隐秘和穴居的蚓螈科具有最高的未被认识到的保护需求，西高止山脉也成为两栖动物的最高优先级区域之一。然而，与爬行动物不同，两栖动物在中国和中亚的一些森林中显示出较高的平均PCI得分。

主要位于加勒比海、波利尼西亚和印度洋（包括索科特拉岛和马达加斯加）的岛屿对大多数脊椎动物类群具有最高的平均PCI得分，两栖动物除外。岛屿具有高度的特有性和系统发育独特性，其脆弱的小范围动物区系很可能遭受气候变化带来的一些最严重后果。事实上，75%记录在案的四足动物物种灭绝发生在岛屿上。针对被确定为更可能受威胁的岛屿采取专门的保护干预措施，可以防止古老而独特的进化谱系的丧失。西高止山脉等山地地区的热带森林也具有较高的PCI得分。山地地区可能经历与岛屿类似的隔离模式：高海拔提供了强大的地理限制，充当“天空岛屿”，容纳了独特的进化谱系，并且特别容易受到气候变化的影响。岛屿和山地地区对于鸟类生物多样性的保护将尤为重要。鸟类平均PCI得分最高的生态区主要分布在波利尼西亚和印度西部。此外，具有高PCI得分和低受威胁物种比例的鸟类科也特有于热带地区的岛屿和山地森林。

虽然哺乳动物平均PCI得分最高的生态区也集中在岛屿上，主要在加勒比地区和马达加斯加，但具有高PCI得分和低受威胁物种比例的哺乳动物科主要来自非洲和亚洲的干旱地区，包括刷尾鼠、冈地鼠、鬣狗和蹄兔。这与PCI和IUCN红色名录的地理比较结果一致，表明非洲、亚洲、南美洲和北美洲的沙漠、草原和稀树草原将需要一种当前IUCN红色名录未反映的保护优先级水平。干旱地区传统上在保护工作中被忽视，并且很可能在不久的将来面临来自气候变化和土地利用变化的严重威胁。

使用PCI来指导分类群和区域保护优先级的确定，可以提高有限保护资源分配的效率。它能够针对预计在未来几十年受全球变化影响最大的物种和区域，从而可能为保护投资提供预防性而非补救性的信息。通过设计，PCI与保护地覆盖率呈负相关，因此突出了当前未受到保护关注的区域。它还具有考虑气候变化、土地利用变化和人口密度不同未来情景的优势，这可能有助于区分具有更高影响类型的干预措施。研究结果表明，如果将预防性保护措施有针对性地应用于干旱地区以及岛屿和山地热带森林，并特别关注爬行动物和隐秘物种，可能会产生很高的影响。

注意事项和实施说明

在某些情况下，IUCN红色名录可以包含PCI未捕获的威胁信息，因为许多重要威胁过程的数据并非广泛可用。例如，极危物种黄冠凤头鹦鹉受到宠物贸易的严重影响，这在本研究中未被考虑，因此其PCI得分较低。而其他物种，如大都会弯趾虎，在PCI中的优先级水平高于IUCN红色名录。尽管该物种分布范围极小，且位于高度城市化的吉隆坡大都会区，但它在宗教文化遗址巴图洞中得到了相当好的保护。

PCI计算显示，大都会弯趾虎的小范围分布区将高度 susceptible 于高水平的气候变化：在最悲观的情景下，到2100年，其微小的分布区预计将全部经历前所未有的极端高温。在这种情况下，保护地可能不足以保护该物种。该方法旨在补充IUCN红色名录，因此研究人员建议，在IUCN红色名录和PCI存在显著差异的情况下，保护实践者应检查每种方法下列为最相关的威胁过程，并利用这些补充信息来指导保护行动。

研究人员认识到，缺乏关键威胁（如过度利用或疾病）的全球未来预测会限制PCI的应用。对于这些威胁至关重要的物种，仅凭PCI可能不足。在这种情况下，PCI应与其他优先级排序工具（如IUCN红色名录）结合使用，以确保这些威胁得到体现。重要的是，PCI R软件包的设计允许在全局数据可用时纳入有关其他威胁的额外信息。研究人员试图通过人口密度预测来近似估计过度利用的威胁。尽管人口密度与过度利用显示出很强的相关性，但它可能低估了主要受此威胁影响的物种的保护需求，但也可能揭示与过度利用相互作用、可能加剧其威胁的未被认识的威胁。

设计