《PLOS Climate》：Extreme events and habitats as comparative tools for assessing scaled ecosystem responses to stressors in aquatic systems
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通常，两类极端情况被用作未来变化的指标：极端气候事件和极端生境。这些极端情况可作为环境变化的有用量度，但前提是极端情况与其假设所反映的未来变化之间在生物、空间和时间范围上保持一致。一般而言，短期的极端事件有助于了解急性响应，但不适合评估长期的生态或进化变化。极
通常，两类极端情况被用作未来变化的指标：极端气候事件和极端生境。这些极端情况可作为环境变化的有用量度，但前提是极端情况与其假设所反映的未来变化之间在生物、空间和时间范围上保持一致。一般而言，短期的极端事件有助于了解急性响应，但不适合评估长期的生态或进化变化。极端生境可揭示潜在的长期适应，但由于物种通常遵循依赖于生境的进化路径，且这些环境往往经历渐进而非快速的生态变化，因此群落结构和营养相互作用的评估可能具有挑战性。对于这两种类型的极端情况，群落结构和物种相互作用在不同的生物响应水平之间可能进一步存在差异。在极端生境或事件的规模与其比较系统不匹配的情况下，在比生境或事件发生时更小的地理尺度上研究生物响应将更为合适。在此，研究人员探讨了海洋和淡水系统中各种极端情况的机遇与局限性。
人为压力源正持续导致水生和陆地系统偏离其历史基线，加剧了对比较工具的需求，以探究生物系统在未来全球变化下可能的响应。极端事件和极端生境被视为两种潜在的比较方法。然而，文献中对于“极端”的定义存在广泛差异且多为定性描述。研究人员将极端事件和极端生境定义为环境条件处于基线或历史平均条件的第90至第99百分位（90–99th percentile）之间。极端事件具有明确的开始和结束，而极端生境通常稳定且持久。以往研究通常较少将这两种极端情况作为互补工具来共同检验全球变化的影响，且往往忽略了极端情况与其预期反映的未来变化之间在时间、空间和生物尺度上的匹配问题，容易导致对整体趋势的误解并产生科学调查偏差。因此，为了更好地利用极端情况预测未来变化，研究人员开展了这项研究，系统探讨海洋和淡水系统中各种极端事件和生境的机遇与局限性。该研究强调了在使用极端情况作为比较工具时，必须确保生物、空间和时间范围的匹配。这一研究成果发表在《PLOS Climate》，为未来全球变化下的生态预测研究提供了坚实的理论框架和实践指导，具有重要的学术意义。
研究人员主要采用文献综述与多案例比较分析的方法，系统评估了极端事件和极端生境在预测未来生态响应中的作用。在案例分析与比较中，研究人员利用了包含美国1000个湖泊以及美国爱荷华州128个湖泊数据集的样本队列来源，结合对水生热浪、干旱-洪水急转事件、热潮池、终端湖、泥炭地、最低含氧区等多种生境与事件的观测数据，从空间尺度、时间尺度和生物响应三个维度进行了综合评估，以期构建更全面的生物学响应视角。
Extreme events
极端事件是指一个或多个环境因素在短时间内剧烈增减的情况，包括水生热浪、藻华、干旱和洪水等。通过研究不同时空尺度的水生热浪（aquatic heatwaves，持续至少五天且温度超过30年基线第90百分位数的极端温度事件），研究人员发现，长期的热浪能够提供预测温度急剧上升对广域分类群广泛影响的机会，包括跨分类群的大规模死亡事件；而较短、较小的水生热浪事件可用于检验初级生产者丰度变化的速度和幅度。对于干旱-洪水急转弯交替事件（drought-flood abrupt alternation events，在单一年份内连续发生的干湿期），研究发现连续极端事件的叠加效应超过单一灾害，严重改变了水质和生物。幸存于先前干旱的生物可能处于次优生理状态，从而降低了对后续扰动的恢复力。此外，风暴等极端事件的空间尺度、时间间隔与季节性决定了生物群落的恢复潜力和生态记忆。研究还指出，由于风暴对高营养级生物的间接影响难以追踪，极端事件在预测低营养级生物未来变化的影响时往往更为有效。
Habitats with stable extreme baselines
具有稳定极端基线的生境位于其环境范围（如盐度、温度或降雨）的边缘，为检验长期人为变化提供了不同视角。通过研究美属萨摩亚的热潮池（hot tide pools，地理规模较小且温度异常高的潮间带水坑），发现其虽可用于研究珊瑚对高温的遗传响应和可塑性，但由于水流受限等空间限制导致其他环境因素难以分离，不适合用于测量珊瑚与大型藻类的未来竞争等群落动态。对于内陆水体盐度增加的问题，终端湖（terminal lakes，无流出的水体）因其封闭性质和有限的生物多样性，可作为预测盐碱化和干旱影响的比较工具。泥炭地（peatlands，由于极低pH和溶解氧而抵抗分解的湿地生态系统）作为潜在的避难所，其稳定性取决于水文和景观特征；处于晚期演替阶段的泥炭地由于具有数千年发育的泥炭层而可能更加稳定。对于北极河流冰层流失，由于永久冻土和极端太阳季节性导致数月黑暗，温带河流不能作为完美的生态类比，但可用于研究某些底栖生态活动。在最低含氧区（oxygen minimum zones, OMZs，上层水体因高分解率导致极低氧条件的区域），生物采取了不同的进化策略，使得这些区域的大生物群落动态难以与基线系统进行比较。通过对超富营养湖泊（hypereutrophic lakes，具有高营养/藻类生物量水平且水体透明度低的湖泊）的样本队列分析，发现某些关键微甲壳类物种能够适应局部的超富营养条件并保持同等丰度，而相关物种则未能适应，导致丰度下降甚至局部灭绝。
极端事件和生境为观察生态系统及其生物体对未来环境变化的响应提供了宝贵机会。极端事件通常持续时间较短但影响地理范围广阔，适合评估急性响应以及低营养级的群落或生态系统效应，但难以评估进化适应以及事件前后的参数。极端生境则非常适合研究生理、代谢、生化途径、繁殖以及进化响应，尤其是在低于生态系统的尺度下表现突出；然而，由于空间限制和物种进化路径的分叉，其群落动态难以与典型系统进行比较。此外，反映环境梯度终点的极端生境无法捕捉预警信号或过渡阶段。极端环境变量并非孤立发生，其他非生物条件、进化速率和生物相互作用可能以独特方式相互作用，从而混淆与基线条件的比较。研究人员最终得出结论，极端事件或极端生境的影响和特征高度依赖于背景和尺度，跨不同区域和时空尺度研究极端情况，对于构建生物系统如何响应未来变化的整体视角尤为关键。
