全球变暖下珊瑚礁存续窗口期的快速关闭：大堡礁的生态进化模拟与适应潜力评估

《Nature Communications》：A rapidly closing window for coral persistence under global warming

本研究针对全球变暖导致珊瑚白化加剧的严峻挑战，通过构建ReefMod-GBR生态进化模型模拟澳大利亚大堡礁3806个礁体在五种温室气体排放情景（SSP1-1.9至SSP5-8.5）下的动态响应。研究发现：所有排放情景下本世纪中叶珊瑚覆盖率将急剧下降（至17%），但若将升温控制在2℃以内（SSP1-2.6），珊瑚可通过热适应（heat tolerance）实现恢复。研究首次揭示热避难所（thermal refugia）通过维持表型多样性促进适应，且幼虫扩散未出现"基因湮没"（gene swamping）现象，为制定基于热适应机制的珊瑚礁保护策略提供了关键科学依据。

　　

当珊瑚礁遇见气候变暖：一场与时间赛跑的生存之战

在碧蓝的海洋中，珊瑚礁如同水下热带雨林，孕育着四分之一的海洋生物。然而这些绚丽的生态系统正面临空前危机——全球变暖引发的海洋热浪导致大规模珊瑚白化现象频发。当水温异常升高，珊瑚会驱逐与其共生的虫黄藻，失去营养来源而白化，持续热应激更会导致珊瑚死亡。近年来，大堡礁相继遭受2016、2017、2020和2022年四次严重白化事件冲击，珊瑚生存前景令人担忧。

传统预测多聚焦于温度阈值突破概率，却忽视了珊瑚的进化潜力、生活史多样性以及相互关联的礁体网络复杂性。为破解这一难题，由昆士兰大学领衔的国际团队在《Nature Communications》发表最新研究，通过生态进化模型模拟揭示：珊瑚存续的关键在于控制全球变暖速度，为2050年前采取气候行动提供了科学依据。

研究团队创新性地将热适应进化机制整合进经过实地验证的生态系统模型ReefMod-GBR中。该模型追踪3806个礁体上六类珊瑚（包括对热敏感的鹿角珊瑚科和杯型珊瑚科，以及耐热的块状珊瑚等）的个体群落动态，模拟其招募、生长、竞争、繁殖和死亡过程。关键技术包括：1）基于CMIP6气候模型降尺度获取10公里分辨率海表温度预测，计算度热周（DHW）量化热应激；2）将热耐受性（HT）作为可遗传数量性状（遗传力h²=0.3），通过选择微分实现跨代适应；3）结合幼虫扩散网络、台风和棘冠海星爆发等多 stressors 干扰场景，采用加权集合预测评估不确定性。

热应激情景预测

所有排放情景下，海洋热浪频率和强度均将持续升级。唯有严格减排（SSP1-1.9）能使海温在本世纪后半叶下降。若按当前可能路径（SSP2-4.5，升温2.7℃），2050年后50%礁体将每十年遭遇5次以上DHW>8°C-week（广泛白化阈值），而DHW>16°C-week的致命热应激事件将影响半数礁体达每年3次以上。

珊瑚覆盖轨迹

模型预测所有情景下珊瑚覆盖率将在未来15年急剧下降，2040年系统平均值降至17%（0-39%）。但若控温在2℃内（SSP1-2.6），珊瑚可在海温稳定后恢复；而SSP2-4.5情景下，覆盖率将于2100年降至8%（0-26%），超过60%礁体沦为不足5%覆盖的退化状态。

自然适应空间

尽管热耐受性以每十年1.1-1.4°C-week的速率提升，但耐热型珊瑚（块状珊瑚等）在高温情景下仍同步衰退。关键发现是：若维持2℃升温，珊瑚幼体密度可保持近历史水平，为适应和种群恢复奠定基础。

生态进化响应的空间异质性

热避难所（如庞贝和斯温礁群）因上升流带来冷水维持较高珊瑚覆盖，而热点区域（warm spots）则通过强选择压力促进局部适应。值得注意的是，模型未发现幼虫扩散导致"基因湮没"的证据——热避难所输出的冷适应型珊瑚并未阻碍热点区域的适应进程。

驱动因素解析

线性模型分析揭示：减少白化强度（如热避难区效应）是促进珊瑚覆盖的首要因素，幼虫供应（幼虫枢纽）次之。热避难所珊瑚平均耐热性较热点区域低1-2°C-week，但凭借更高繁殖力输出更多耐热表型绝对数量。

本研究通过生态进化视角揭示：珊瑚礁存续取决于气候变暖速率与珊瑚热适应速率的赛跑。尽管模型存在热耐受性范围设定等不确定性，但结果明确指向2050年前控制升温的紧迫性。管理策略应双管齐下：保护热避难所以维持表型多样性，同时关注热点区域以促进适应进化。该研究为构建"气候智能型"珊瑚礁保护网络提供了理论框架，凸显了全球气候治理与区域管理干预协同的必要性。