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在全球气候变化背景下，研究人员针对濒危的东部菱斑响尾蛇（Sistrurus catenatus）开展研究，评估气候变化对其生长率和渐近体型的影响。结果显示，雪停留时间（SRT）等气候变量影响显著。该研究为物种保护提供重要依据。
在全球气候持续变化的大背景下，地球环境正经历着深刻变革。气温不断攀升，高排放情景下，下个世纪全球平均温度预计将升高多达 5.7°C 。同时，干旱和强降水事件愈发频繁，土壤湿度也发生改变。在北美五大湖地区，这种变化更为明显，自 1901 年以来，该地区气温已上升 0.88°C，并且未来升温幅度预计会更大。频繁的强降水还引发了洪水等灾害，给当地生态环境带来了巨大压力。
生物多样性在气候变化的影响下受到严重威胁，物种灭绝速度加快，这也导致了第六次生物大灭绝的加剧。对于陆地脊椎动物而言，爬行动物和两栖动物由于其变温动物的特性，生理和生活史特征与周围温度紧密相连，因此受气候变化的影响尤为严重。它们的物候变化（如繁殖和分娩时间提前）、性别比例改变（在温度依赖型性别决定的物种中）以及热性能和适应性变化等问题不断涌现。
东部菱斑响尾蛇（Sistrurus catenatus）是一种分布于美国中西部和加拿大五大湖地区的濒危物种。其种群数量的下降主要归因于栖息地丧失和人类迫害，而气候变化也对其生存构成了新的威胁。此前，已有研究表明该物种的一些生活史参数（如繁殖力、幼体质量和生长等）会随着地理和气候条件的变化而变化，但气候变化对其个体生长率和体型的具体影响尚不明确。
为了解决这些问题，来自多个机构的研究人员合作开展了一项研究。他们收集了东部菱斑响尾蛇分布范围内 11 个地点的捕获 - 标记 - 重捕数据，以评估生长季温度、早期生长季降水和雪停留时间（SRT，即雪积累和融化之间的时间）等气候变量对其生长率和渐近体型（个体的最大潜在体型）的影响。研究成果发表在《Climate Change Ecology》上，为深入了解气候变化对该物种的影响提供了重要依据。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们从不同数据源获取了气候数据，包括从俄勒冈州立大学的 PRISM 服务和气候研究单位网格化时间序列（CRUTS）数据库下载 30 年气候正常值，以代表平均生长季温度、早期生长季总降水量和 SRT 等气候变量。同时，利用耦合模式比较计划第 5 阶段（CMIP5）的模型集合预测未来气候。其次，针对捕获的蛇，研究人员记录了吻肛长度（SVL），并使用 Fabens 修改的 von Bertalanffy 生长公式，通过非线性最小二乘法回归模型来估计渐近体型（a）和生长系数（k） 。最后，运用多模型推断和赤池信息准则（AICc）评估候选模型，确定最能解释数据的模型，并对未来的生长和体型进行预测。
研究结果
- 模型评估：研究人员评估了 8 个候选模型，AICc结果支持两个顶级模型。其中，“a(SRT + Sex + Clinton) k(SRT + Sex)” 模型权重占比 67%，“a(SRT + Sex + Clinton) k(Precip + Sex)” 模型权重占比 33%。这表明 SRT 和降水对生长系数（k）均有影响。
- 气候变量对生长系数的影响：在具有 SRT 影响的模型中，平均 SRT 下，雌性k值为 0.44（95% 置信区间 = 0.41 - 0.47），雄性为 0.36（95% 置信区间 = 0.33 - 0.39）；在具有降水影响的模型中，雌性k值为 0.45（95% 置信区间 = 0.42 - 0.48），雄性为 0.36（95% 置信区间 = 0.34 - 0.39）。SRT 每增加 10 天，k值下降 0.04（95% 置信区间 = 0.03 - 0.05）；每增加 10 毫米降水，k值增加 0.02（95% 置信区间 = 0.02 - 0.03）。
- 气候变量对渐近体型的影响：模型平均结果显示，雄性渐近体型比雌性大 5.7 厘米（95% 置信区间 = 4.3 - 7.1 厘米）。在当前平均条件下，雌性渐近体型为 59.6 厘米（95% 置信区间 = 58.9 - 60.4 厘米），雄性为 65.3 厘米（95% 置信区间 = 64.0 - 66.6 厘米）。在 RCP 4.5 情景下，两性体型平均缩小 5.1 厘米；在 RCP 8.5 情景下，平均缩小 8.4 厘米。SRT 每减少 10 天，渐近体型减小 1.9 厘米（95% 置信区间 = 1.5 - 2.4 厘米）。
- 地理差异和情景差异：渐近体型和k值的变化在空间上存在差异，且不同排放情景下变化程度不同。在 RCP 4.5 情景下，雌性渐近体型下降 7 - 10%，k值增加 8 - 21%；在 RCP 8.5 情景下，雌性体型下降 9 - 17% ，k值增加 10 - 33%。雄性虽体型较大，但变化模式与雌性相似。
研究结论与讨论
研究表明，SRT 对东部菱斑响尾蛇的渐近体型有显著正向影响，即冬季较长的地区蛇体型更大；而在未来气候预测中，整个分布范围内渐近体型呈下降趋势。同时，SRT 与生长系数（k）呈负相关，早期生长季降水与k呈正相关。这些发现与先前研究中蛇类生活史对降水和冬季条件（或季节长度）的敏感性一致。
食物可获得性可能是影响蛇类生长的一个因素。研究中用 5 - 7 月（早期生长季）降水衡量生产力，虽发现降水对生长有正向影响，但对渐近体型影响不明显，可能是因为良好的降水条件既促进生长又影响体型，从而掩盖了某些模式。
SRT 对变温动物生长的影响在文献中并不常见。研究发现，SRT 比生长季温度更能解释季节长度的变化，这可能是包含 SRT 的模型更受青睐的原因。此外，蛇类的晒太阳行为可能减轻了气温差异的影响，使得 SRT 在解释地理变异方面更具优势。
克林顿县的蛇体型比预期大，可能是因为当地有高能量的哺乳动物食物资源，为幼蛇提供了更好的生长条件。
模型平均预测显示，两种排放情景下所有地点的k值都有所增加，但不显著。这可能是模型平均导致的结果，单独考虑 SRT 和降水影响的模型则显示出显著的生长率变化。
渐近体型的百分比变化呈现出从西南到东北的趋势，这可能反映了大规模的生物过程，也可能与现存种群的分布模式有关。同时，距离大湖东南岸的距离似乎也影响了变化程度，因为该地区 SRT 的减少最为明显。
在蛇类中，生长率和体型与能量分配、生存和繁殖密切相关。快速生长虽可能导致提前性成熟，但会增加死亡率、加速衰老并缩短寿命。较小的体型会导致繁殖周期减少、幼体数量和大小减少，进而影响种群的生存能力。
目前，尚无东部菱斑响尾蛇种群生存力分析（PVA）考虑气候变化的影响。将预期的体型变化纳入 PVA 模型，可提高模型的生物学真实性和预测准确性。研究结果还可用于解释与成年雌性体型相关的窝卵数的地理变异，为保护决策提供依据。
研究也存在一定局限性。未考虑气候变化导致的所有环境变化，如极端事件的影响。预测未来生长时假设蛇类能承受的温度无上限，且外推超出了回顾性分析中解释变量的范围。此外，当前生长率可能受多种生态压力影响，气候变化对这些因素的影响尚不确定。
总的来说，该研究首次评估了气候变化对东部菱斑响尾蛇个体生长和体型的影响，揭示了气候变量与生长和体型之间的关系，为理解气候变化对濒危物种的影响提供了重要参考，有助于研究人员和管理者更好地制定保护策略，对濒危物种的保护和管理具有重要意义。
