一种适用于濒危山地侏儒负鼠的吸热冬眠机制模型，在气候变化背景下进行研究

《Ecology》：A mechanistic model of endotherm hibernation applied to the endangered mountain pygmy possum under climate change

气候变化对冬眠哺乳动物能量与水资源需求的影响及NicheMapR模型扩展研究。

　　全球变暖正逐渐改变许多物种的生态行为和生存策略，其中，冬眠作为一种重要的生理适应机制，对于许多恒温动物而言具有深远的影响。冬眠不仅帮助动物在寒冷季节节省能量，还能有效减少水分消耗，使其能够适应环境变化。然而，随着气候条件的变化，这种生存策略的有效性可能受到挑战。为了更好地理解这一现象，科学家们开发了一种新的模型，将冬眠纳入考虑，从而更准确地预测气候变化对物种能量和水分需求的影响。

在恒温动物中，冬眠是一种复杂的生理调节过程，某些物种能够通过降低核心体温来减少能量消耗。这种能力被称为异温性，它使动物能够在环境温度变化时灵活调整自身的代谢水平。例如，一些小型哺乳动物如蝙蝠，可以在白天保持较低的体温，而在夜间活动时迅速恢复。这种行为不仅有助于它们节省能量，还能减少与捕食者的接触，提高生存几率。而一些较大的哺乳动物如熊，则通过季节性的长时间冬眠来应对冬季食物短缺的问题。在这些物种中，冬眠是一种长期的适应策略，允许它们在寒冷季节内维持较低的代谢率，从而降低整体的能量需求。

本研究提出了一种新的模型，用于分析气候变化对冬眠动物的影响。该模型基于“NicheMapR”软件包中的恒温动物模型，进一步扩展以包含冬眠行为。该模型能够准确预测不同体型的哺乳动物在不同微气候条件下的能量和水分需求，范围从微型蝙蝠到熊。研究人员使用该模型，评估了气候变化对一种濒危的冬眠物种——澳大利亚山小羚羊（*Burramys parvus*）的影响。这种动物是澳大利亚唯一的高山有袋类动物，也是唯一一种季节性冬眠的有袋类动物，其生存状况受到栖息地丧失和外来捕食者的威胁。

研究团队通过对比2010年的数据与两种未来气候变暖情景（2°C和4°C的平均升温）下的预测结果，分析了气候变化对山小羚羊的能量和水分需求变化。结果显示，如果气候变化持续加剧，山小羚羊的冬眠时间将减少11%至43%，这将导致其能量需求增加4%至21%，水分需求增加10%至34%。目前，冬眠使山小羚羊的年能量需求减少44%至52%，水分需求减少32%至42%。然而，随着气候变暖，这种优势将逐渐减弱，尤其是在冬眠时间大幅减少的情况下。

研究还发现，随着气温上升，山小羚羊的冬眠范围将大幅缩小。在4°C升温情景下，山小羚羊的冬眠区域和非冬眠区域在能量和水分需求上趋于一致，这意味着冬眠的生态价值将大幅下降。目前，山小羚羊的分布主要集中在澳大利亚的阿尔卑斯地区，而未来随着气温升高，这些区域可能不再适合其生存。因此，山小羚羊将面临严重的生存压力，其种群数量可能进一步减少。

此外，气候变化还可能影响山小羚羊的主要食物来源，包括澳大利亚山蝗（*Agrotis infusa*）和高山松果（*Podocarpus lawrencei*）。由于冬季温度上升，山蝗的存活率可能降低，而高山松果的火灾频率可能增加，这将导致食物资源的减少，从而加剧山小羚羊的生存挑战。与此同时，气候变化也可能改变其他低海拔物种的分布，使它们更频繁地与山小羚羊接触，增加竞争和捕食压力。

为了评估该模型的有效性，研究人员对四种不同体型的哺乳动物进行了模拟实验，包括山小羚羊、灰鼠耳蝠（*Lasiurus cinereus*）、高山旱獭（*Marmota marmota*）和黑熊（*Ursus americanus*）。这些物种的体型差异较大，从27.6克的微型蝙蝠到66千克的黑熊，涵盖了广泛的生态适应范围。通过比较模型预测与实验室数据，研究人员验证了该模型在预测能量和水分需求方面的准确性。模型与实验数据之间的相关系数达到了0.98至0.99，显示出高度的一致性。

在模型构建过程中，研究人员特别关注了冬眠的触发机制。对于山小羚羊而言，冬眠通常由环境温度变化引发，尤其是在冬季气温降至8°C以下并持续24小时的情况下。模型中，这种触发条件被设定为关键参数，以模拟山小羚羊的冬眠行为。研究还考虑了冬眠期间的周期性觉醒（interbout euthermia），即在长时间的低温状态中，动物会短暂恢复体温。这种觉醒行为在模型中被模拟为每8天一次，每次持续19小时，以反映其自然行为模式。

模型预测结果显示，在2°C和4°C的升温情景下，山小羚羊的冬眠时间将显著减少。这一变化不仅影响其能量和水分需求，还可能改变其整个生命周期的策略。例如，山小羚羊在冬季的生存能力可能因冬眠时间减少而受到影响，从而增加其对食物和水源的依赖。与此同时，由于冬眠时间减少，其活动时间增加，可能导致更多的捕食者接触和竞争，进一步威胁其生存。

研究还强调了气候变化对不同物种的影响可能存在差异。例如，小型动物由于其较高的表面积与体积比，可能更容易受到温度变化的影响。而大型动物如黑熊，虽然能够通过冬眠减少能量消耗，但它们的生理机制更为复杂，可能需要更多的适应能力来应对气候变化带来的挑战。此外，研究指出，异温性动物在应对气候变化方面可能具有更大的灵活性，但这种优势也可能因温度升高而减弱。

为了更全面地评估气候变化对山小羚羊的影响，研究团队还使用了高分辨率的微气候数据。这些数据基于ERA5气候数据集，结合了地形和微环境的变化，以更精确地模拟山小羚羊在不同地点的生存条件。研究还考虑了不同微气候条件下的动物行为，如在冬季的地下巢穴中活动，以及在夏季的近地表环境中的行为变化。通过这种方式，研究人员能够更准确地预测气候变化对山小羚羊的生态影响。

研究结果表明，气候变化将对山小羚羊的生存策略产生深远影响。随着气温升高，其冬眠时间将缩短，这可能导致其能量需求增加，从而影响其生存能力。此外，冬眠的生态价值将逐渐减少，因为更多的能量和水分需求将需要通过持续的活动来满足。这一变化可能使山小羚羊更加依赖于其他资源，如食物和水源，从而增加其生存压力。

研究还指出，虽然目前山小羚羊的分布主要集中在澳大利亚的阿尔卑斯地区，但未来这些地区可能不再适合其生存。因此，山小羚羊可能需要寻找新的栖息地，以适应气候变化带来的挑战。然而，由于其分布受限于地理条件和食物资源，这种适应可能并不容易实现。研究团队建议，未来的研究应进一步探索山小羚羊的生理适应机制，以及其与其他物种之间的生态互动，以更全面地理解气候变化对其生存的影响。

此外，研究还强调了提高模型预测准确性的必要性。通过更详细的数据收集和分析，科学家们可以更好地评估气候变化对不同物种的影响。例如，了解山小羚羊的觅食行为、食物储存策略以及其与捕食者和竞争者的互动关系，将有助于改进模型的预测能力，并为制定有效的保护措施提供科学依据。

总的来说，这项研究不仅展示了异温性动物在气候变化中的适应能力，还揭示了气候变化对冬眠这一关键生存策略的潜在威胁。通过将冬眠纳入生态模型，研究人员能够更准确地预测气候变化对物种的影响，并为保护工作提供新的视角和工具。未来的研究应继续关注这一领域，以进一步理解气候变化对异温性动物的生态影响，并探索可能的适应策略。