气候变化下北大西洋深海底层端足类甲壳动物物种分布模型预测与生态响应

《Scientific Reports》：Species distribution modelling of benthic amphipod crustaceans in the deep North Atlantic under climate change

本研究针对北大西洋深海（>200米）生态系统受气候驱动环境变化影响的问题，通过构建55种底层端足类甲壳动物的物种分布模型（SDMs），预测其在当前、中期（2050–2060）和远期（2090–2100）不同共享社会经济路径（SSPs）下的分布变化。结果表明，物种对气候变化的响应具有特异性：过半物种在部分情景下栖息地扩张，部分物种栖息地丧失，且同属物种呈现相反趋势。栖息地迁移主要表现为向极地和格陵兰海岸的北移，可能与温度驱动和冰川融水输入带来的营养盐增加有关。研究为北大西洋端足类分布提供了基线数据，强调了保护策略和分类学在预测生态系统响应中的重要性。

　　

随着全球气候变暖加剧，北大西洋深海生态系统正面临前所未有的压力。深海（水深超过200米）作为碳汇和热量吸收的关键区域，其环境变化直接影响底栖生物的生存与分布。端足类甲壳动物（Amphipoda）作为深海食物网的核心成员，通过摄食沉降的有机颗粒物（如颗粒有机碳，POC）和生物扰动作用，促进底栖-水层间的能量流动和营养循环（如氮、磷的再分布）。然而，由于深海采样难度大、成本高，端足类在物种水平的大尺度分布规律及其对气候变化的响应机制尚不明确。为此，研究人员在《Scientific Reports》发表论文，通过物种分布模型（Species Distribution Modelling, SDM）预测了55种北大西洋深海端足类在当前和未来的分布动态，揭示了气候变化下生物多样性与生态系统功能的潜在演变。

本研究整合了来自海洋生物地理信息系统（OBIS）的55,941条端足类出现记录，并结合Bio-ORACLE提供的环境变量（如底层温度、溶解氧、硝酸盐、硅酸盐等），利用最大熵算法（MaxEnt）构建物种分布模型。为减少采样偏差，研究采用目标组抽样法（target-group sampling）生成背景点，并通过方差膨胀因子（VIF）分析筛选低共线性环境因子。模型评估采用三折交叉验证，以曲线下面积（AUC）作为性能指标（平均AUC=0.85）。未来预测基于三种共享社会经济路径（SSP1-1.9、SSP2-4.5、SSP5-8.5），分别代表低碳排放、中等排放和高碳排放情景。

当前物种栖息地面积差异显著

模型显示，当前环境下端足类适宜栖息地面积存在较大种间差异。例如，Paraphoxus oculatus的适宜栖息地面积最大（1,845,852 km2），而Autonone megacheiro最小（10,471 km2），物种平均栖息地面积为408,296 km2。

未来栖息地变化呈现情景依赖性

在不同SSP情景下，端足类栖息地面积变化复杂：

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  中期（2050–2060）：SSP1-1.9情景下平均栖息地面积减少至350,432 km2，SSP2-4.5下增加至420,912 km2，SSP5-8.5下减少至365,381 km2。
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  远期（2090–2100）：SSP1-1.9和SSP2-4.5情景下栖息地面积进一步减少（分别为320,006 km2和397,261 km2），而SSP5-8.5下略有增加（385,685 km2）。
  值得注意的是，14种端足类在所有情景下均面临栖息地丧失，而30种在多数情景下栖息地收缩。

地理迁移模式以北极和格陵兰海岸为主

栖息地适宜性变化呈现明显空间分异：

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  格陵兰东北部海岸：多数物种栖息地适宜性增强，尤其在SSP5-8.5情景下（如Idunella aequicornis和Aceroides latipes）。
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  冰岛-法罗海脊（GIF Ridge）和雷克雅内斯海脊：物种丰富度显著下降（减少10–20种），如Ampelisca gibba和Harpinia crenulata的适宜栖息地几乎消失。
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  冰岛与斯瓦尔巴特群岛之间海域：栖息地适宜性普遍降低，如Unciola leucopis和Hippomedon propinquus在该区域完全丧失适宜生境。
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  伊尔明格海：部分物种（如Tmetonyx cicada）栖息地扩张，可能与温度升高和营养盐输入增加有关。

种间响应差异凸显生态位特异性

同科或同属物种对气候变化的响应可能相反。例如，部分Ampelisca属物种栖息地扩张，而另一些（如Ampelisca gibba）显著收缩。这表明环境适应性在物种水平存在高度异质性，不支持以科或属为单位进行群落预测。

本研究通过SDM模型首次在物种尺度系统揭示了北大西洋深海端足类对气候变化的响应格局。结果强调，端足类分布变化不仅受温度驱动（如向极地迁移），还与冰川融水输入导致的营养盐（如铁、氮、磷）增加密切相关。这些变化可能通过改变食物网结构（如捕食-被捕食关系）和营养循环效率，进一步影响深海生态系统稳定性。例如，格陵兰海岸栖息地适宜性提升可能促进端足类种群增长，但入侵物种（如Oediceropsis brevicornis）的扩张可能威胁本地生物多样性。此外，GIF海脊等关键区域的物种丧失警示需加强保护管理，以维持深海生态功能。尽管模型依赖的环境数据存在分辨率限制，且未考虑物种适应性进化，但本研究为深海生物保护提供了科学基线，呼吁整合分类学与生态学数据以优化预测精度。