巴拿马 Harlequin toads（Atelopus spp.）对真菌性皮肤病原 Batrachochytrium dendrobatidis（Bd）的气候性疾病避难所识别：物种分布模型在重引入优先区选择中的应用

《Journal for Nature Conservation》：Identifying climatic disease refuges from the fungal skin pathogen Batrachochytrium dendrobatidis for Harlequin toads ( Atelopus spp. ) in Panama

　　

摘要：Atelopus 属的 Harlequin toads 因 Batrachochytrium dendrobatidis（Bd）所致疾病而面临灭绝威胁。本研究旨在评估以下假说：Bd 的物种分布模型（species distribution models, SDMs）可帮助识别环境避难所，使两栖动物在 Bd 存在时仍能存续，并以 Atelopus 作为案例研究。研究人员使用了先前发表的巴拿马 Atelopus 适宜性 SDM 和 Bd 季节性环境适宜性 SDM，以及一个独立的持久 Atelopus 种群位置数据集。阈值图识别了巴拿马所有地点中环境不适合 Bd 的季节数，以确定这些模型是否预测这些地点具有更多不适合 Bd 的季节。Atelopus chiriquiensis 的所有已知季节和地点均 100% 适宜 Bd，该物种目前被认为已因 Bd 相关衰退而灭绝。除 Atelopus varius 可能已进化出抗 Bd 皮肤分泌物外，具有已知持久 Atelopus 种群的地点在研究期间超过 80% 的季节不适合中强度和高强度 Bd 感染。因此，巴拿马大多数存活的 Atelopus 物种，包括 Atelopus limosus、A. certus、A. glyphus 和 A. fronterizo，可能正在气候避难所中存续。研究人员还开发了一种新方法，以识别环境上较不适合 Bd 的地点，这些地点可支持残余 Atelopus 种群或重引入努力。这种对气候避难所的系统分析使研究人员能够优先选择将 Atelopus 重引入至在壶菌真菌存在下最大化存续概率的地点。此处使用的一般方法也可应用于其他受 Bd 威胁的两栖动物。

论文解读：巴拿马 Atelopus 属气候性疾病避难所识别与保护应用

一、研究背景
全球两栖动物持续下降，Atelopus 属中部分物种尤其受威胁。巴拿马有七种 Atelopus 原生种，均被列为极危或灭绝。其主要威胁之一是蛙类壶菌病原 Batrachochytrium dendrobatidis（Bd），该病原引起壶菌病（chytridiomycosis），并在中美洲造成显著两栖动物衰退。缓解 Bd 影响是重要研究优先事项。在无法直接缓解 Bd 的情形下，识别对蛙类环境适宜、但对病原体过暖而不易致病的避难所，可能使两栖动物在 Bd 存在时仍能存续。Bd 对温度敏感，需要较冷温度才能在宿主中旺盛并致病。已有假说认为，物种分布模型（species distribution models, SDMs）可用于识别较不适合 Bd 的区域，以支持持久两栖动物种群或优先用于重引入。但尽管已发表许多 Bd 适宜性 SDM，尝试识别具体避难所地点的研究仍较少。因此，研究人员以 Atelopus 为案例，评估 SDM 能否用于识别气候性疾病避难所，并提出定位此类地点的通用方法。

二、研究开展、结论与意义
研究人员结合先前发表的巴拿马 Atelopus 适宜性 SDM、三种感染强度下 Bd 季节性环境适宜性 SDM，以及为本研究编制的独立持久 Atelopus 种群位置数据集。研究分四步：将季节性 Bd 适宜性预测转化为二值图，识别每个地点不适合 Bd 的季节数；直接检验气候避难所假说，即持久种群地点应比历史灭绝地点有更多不适合 Bd 的季节；建立分类方案，区分持续不适合 Bd 的“Mostly Unsuitable”（MU）地点和曾适合但趋向不适合的“Trending Unsuitable”（TU）地点；将分析扩展至巴拿马所有模型预测的 Atelopus 适宜栖息地，以标记未来调查和重引入候选地点。结论是，巴拿马存续的 A. certus、A. fronterizo、A. glyphus 和 A. limosus 种群集中在预测超过 80% 季节不适合 Bd 的地点；推定灭绝的 A. chiriquiensis 占据几乎持续适合病原体的地点。该研究为气候避难所假说提供经验支持，并提供可迁移的阈值分类方法，用于识别候选避难所并优先规划重引入。其意义在于，可将 Atelopus 重引入至在 Bd 存在下最大化存续概率的地点，且方法可推广至其他受 Bd 威胁的两栖动物。

三、关键技术方法
研究使用 MAXENT 构建 Atelopus SDM，预测变量来自 WorldClim，响应数据为巴拿马历史 Atelopus 地点出现记录。Bd SDM 使用提升回归树（Boosted Regression Tree, BRT）构建，预测变量为高分辨率逐日天气变量，包括温度和湿度，响应数据来自巴拿马各地蛙类群落拭子中 Bd 游动孢子信息，并据此定义三种模型：存在-缺失模型（Presence Absence, PA）、中等感染强度模型（Medium Infection Intensity, MI，≥ 1,000 个游动孢子）和高感染强度模型（High Infection Intensity, HI，≥ 10,000 个游动孢子），预测 2005—2018 年按季节的 Bd 发生概率。持久 Atelopus 位置来自 iNaturalist（2018—2024 年）31 个记录，过滤为每栅格一个点后得到 21 个独特持久地点，并通过巴拿马 MiAmbiente 获取未遮蔽地点数据。方法还包括 equal S&S 与 max S + S 阈值比较、Wilcoxon 检验、MU 定义 U ≥ 28、TU 基于累计净适宜性 Suit_net 的二次趋势系数 A，条件为 A ? 2.8U + 75.8 < 0 且 U < 28，并使用 Globcover 土地覆盖数据扩展至 Atelopus 适宜栖息地。

四、研究结果
3.1 Bd 适宜性的阈值图。equal S&S 与 max S + S 阈值产生相似数值和地图，表明结果对阈值选择稳健，后续采用 max S + S。研究期内，Cordillera Central、San Blas 和 Darién 的高海拔区域主要适合 Bd，低海拔区域主要不适合。PA 模型显示 Bd 适宜性分布比 MI 和 HI 模型更广；MI 与 HI 模型相似，均提示高强度疾病暴发最可能发生在山区。

3.2 检验气候避难所假说。对于 A. limosus、A. certus、A. fronterizo 和 A. glyphus，持久种群地点超过 65% 季节不适合 Bd，超过 80% 季节不适合中强度或高强度感染。持久地点集中在预测较不适合 Bd 的区域，支持气候避难所假说。中位数比较显示，持久地点不适合季节数高于历史地点；排除 A. varius 后，三种模型差异均极显著，p < 0.001。A. varius 是例外，其持久地点常适合 Bd，与可能已进化出一定抗性相符。A. chiriquiensis 的已知地点在 PA 模型中仅 1% 季节不适合 Bd，为所有物种最低，提示无已知地点可能作为气候避难所，有助于解释其推定灭绝。

3.3 在已知 Atelopus 地点分类气候避难所。所有七种巴拿马 Atelopus 的历史地点至少在一个模型中被分类为 MU，唯 A. chiriquiensis 在 PA 模型中无 MU。PA 模型识别出 A. certus、A. glyphus、A. varius 和 A. zeteki 的历史 TU 地点；MI 和 HI 模型识别出 A. chiriquiensis、A. glyphus、A. varius 和 A. zeteki 的历史 TU 地点。气候数据比较显示，Atelopus 地点前五年与后五年相比，平均温度升高 0.41°C，最低温度升高 0.32°C，最高温度升高 0.55°C，相对湿度下降 0.49%，p < 0.001。21 个持久地点中，A. limosus、A. certus 和 A. fronterizo 的所有地点在三种模型中均为 MU；A. glyphus 四个地点中有三个在所有模型中为 MU，第四个在 HI 中为 MU、在 MI 中为 TU、在 PA 中不符合两类定义；A. varius 地点最多变，PA 中无 MU 或 TU，MI 中两个为 TU，HI 中两个为 MU、两个为 TU。

3.4 将避难所分析扩展至所有 Atelopus 栖息地。研究人员使用 Globcover 土地覆盖数据识别与两栖动物调查点最常相关的土地覆盖类型，84.7% 调查点（266/314）属于“Broadleaved Evergreen Closed to Open Trees / Semi-Deciduous Closed to Open Trees”类别。保留该土地覆盖类型并用 Atelopus 适宜性阈值图掩膜后，形成 Atelopus LC 层。将该层与 MU 或 TU 数据叠加后，在巴拿马模型预测的 Atelopus 适宜栖息地内，Cordillera de San Blas 和西部 Azuero 半岛大片区域在三种模型中均被分类为 MU；TU 地点集中在 Cordillera Central 的 Tabasará 和 Veraguas 山脉、Azuero 半岛以及 Darién。

五、讨论部分总结
研究人员认为，阈值化连续概率图存在风险，但本研究中结果对阈值选择稳健，且有助于将全国尺度 SDM 聚焦到潜在具体地点。研究支持气候避难所假说：A. limosus、A. certus 和 A. fronterizo 等种群在模型预测超过 80% 季节不适合中高强度 Bd 感染的地点存续，提示种群可能在间歇性疾病暴发之间存续，类似委内瑞拉 A. cruciger 的观察。A. varius 例外，其地点预测高度适合 Bd，但最近五年略趋不适合；该物种曾在有 Bd 地点被发现，部分野生种群可能进化出一定抗性，需进一步研究以理解其韧性并指导保护性繁育。A. chiriquiensis 分布范围完全位于 Bd 最适分布内，这种重叠可能是其推定灭绝的因素之一。研究支持基于“对病原体过热”的气候避难所假说，但热错配假说预测变暖会使冷适应宿主更易感，且宿主性状、季节变化等也可能影响存续。SDM 研究期数据被持久种群数据验证，但未来预测依赖气候稳定假设；观测到地点温度上升、湿度下降，这可能解释部分地点 Bd 适宜性下降，但对 Atelopus 的影响不确定。MU 和 TU 分类中，PA 模型识别的区域比 MI 和 HI 更有限，后两者相似。过滤五年平均 Bd 发生概率后，Panamá、Panamá Oeste 和 Colón 部分地区包含有前景的 MU 地点，TU 区域更广泛。Atelopus 适宜性模型包含温度、降水、土地覆盖和地形变量，但清洁、快速流动溪流及未受干扰、排水良好的高地栖息地可能是地点尺度额外限制因素，因此需野外调查确认模型结果和适宜栖息地。约 65 种 Atelopus 极危或灭绝，约 26 种保存在圈养保障种群中；许多野生缓解工具仍未测试或高度依赖情境。释放试验已为未来工作提供信息，但 Bd 相关死亡威胁持续存在。将动物转移到环境疾病避难所已讨论并测试，但缺乏高分辨率季节性疾病模型可能阻碍热带应用；本研究的 SDM 应用提供了在明确、可检验的环境避难所框架内指导重引入的机会。Bd SDM 来自多种蛙类，而非专门针对 Atelopus；研究证明仅用少量环境变量和整个蛙类群落拭子即可预测潜在气候避难所。研究假设与局限包括：Bd SDM 期与持久记录期不同；持久数据来自机会性公民科学观察，照片确认个体存在，但不能单独证明稳定繁殖种群、持续占据或近期未再殖民；MU 和 TU 的数值阈值是针对 42 季节数据集的启发式规则，验证提示更具生物学相关性的截断值可能为 U ≥ 30—40，使用者应采用更包容或更保守标准，其他物种、地区或时间序列需重新校准。管理人员用途包括：评估候选保护地点的气候避难所潜力，推荐使用 MI 模型，最蓝端且超过 38/42 季节不适合 Bd 的地点可能最重要，并应与 Atelopus 专家进行地面验证；指导释放试验和缓解工具实验设计；估计适宜性变化；优先新搜索地点或评估现有种群。该方法受高质量数据限制，但可扩展至 Atelopus 全分布范围。

六、研究结论翻译
本研究为巴拿马 Atelopus 的气候避难所假说提供了经验支持：存续的 A. certus、A. fronterizo、A. glyphus 和 A. limosus 种群集中在预测超过 80% 季节不适合 Bd 的地点，而推定灭绝的 A. chiriquiensis 占据几乎持续适合该病原体的地点。研究人员开发并展示了一种可迁移的、基于阈值的方法，用于从季节性 SDM 输出中分类 Mostly Unsuitable 和 Trending Unsuitable 气候避难所，并用其标记特定候选区域，包括 Cordillera de San Blas 以及横跨 Tabasará、Veraguas、Azuero 和 Darién 地区的分散地点，以供未来野外调查、残余种群搜索和重引入规划。由于基础方法仅需季节性病原体和宿主出现记录，只要研究人员根据自身数据重新校准 Mostly Unsuitable / Trending Unsuitable 阈值，它应可广泛适用于其他受 Bd 威胁的两栖动物物种和地区。实现这些预测的保护价值将需要对候选避难所地点进行野外验证、对栖息地适宜性进行地面实测，并与正在进行的圈养繁殖项目的实验性释放试验相结合。