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较高营养级的捕食者（如南极海鸟）是环境变化的生态指示物种，并在海洋与陆地生态系统之间提供关键营养连接。尽管它们在南极生态系统中普遍存在且具有重要意义，但古气候中重大体系转变对飞行南极海鸟的影响仍缺乏了解。研究人员通过利用六种飞行海鸟和两种企鹅的完整基因组重建种
较高营养级的捕食者（如南极海鸟）是环境变化的生态指示物种，并在海洋与陆地生态系统之间提供关键营养连接。尽管它们在南极生态系统中普遍存在且具有重要意义，但古气候中重大体系转变对飞行南极海鸟的影响仍缺乏了解。研究人员通过利用六种飞行海鸟和两种企鹅的完整基因组重建种群历史来解决这一问题，这些物种在东极洲具有不同的栖息地需求和生活史。研究人员评估了物种丰度变化与10 Mya以来重大环境转变（包括先前推断的南极磷虾丰度）之间的关系。研究人员证明，四种管鼻藿（fulmarine petrel）在古气候冷却期（10 Mya至500 kya）以及磷虾种群增加之前数量增加，这可能反映了它们更早地利用替代猎物。管鼻藿种群增长速度快于阿德利企鹅和帝企鹅，这可能反映了它们通过飞行利用资源的更大能力。与所有其他物种不同，南极贼鸥和威尔逊风暴海燕的种群历史表现出长期下降，这可能反映了生理限制或受到其进化历史（例如近期物种形成和南极拓殖）的干扰。总体而言，研究结果表明物种对过去气候变化的响应具有一定程度的可预测性。由于大多数物种需要无冰繁殖区，在气候冷却背景下捕食者丰度增加的主要观察结果表明，未来无冰繁殖区的增加可能无法抵消猎物减少带来的负面影响。
**南极海鸟种群对过去气候变化的响应——基于全基因组的古种群动态研究**
**研究背景与意义**
南极海鸟作为高营养级捕食者，是环境变化的生态指示物种，并通过食物网将海洋与陆地生态系统紧密连接。然而，尽管它们在南极生态系统中普遍存在且具有重要生态功能，古气候中的重大体系转换（如冰期-间冰期循环）如何影响飞行海鸟的种群动态，此前仍缺乏系统认知。已有基因组研究主要聚焦于南极磷虾（Euphausia superba）、冰鱼、企鹅和海豹等类群，而飞行海鸟因栖息地难以接近、采样困难以及较强的扩散能力，其古种群历史长期被忽视。为此，研究人员利用全基因组测序技术，重建了东极洲八种繁殖海鸟（包括六种飞行海鸟和两种企鹅）的种群历史，评估它们在10 Mya以来重大气候转变中的丰度变化，并比较不同生态特征物种的响应差异。该研究旨在填补飞行海鸟在古气候响应研究中的空白，并探讨物种响应是否具有可预测性。论文发表在《Ecography》。
**研究内容与主要发现**
研究人员选取东极洲Mawson、Davis和Casey三个澳大利亚南极研究站附近代表不同栖息地类型的采样点，共采集103个个体，覆盖四种管鼻藿（南极鹱Thalassoica antarctica、海角鹱Daption capense、南方管鼻藿Fulmarus glacialoides、雪鹱Pagodroma nivea）、南极贼鸥（Stercorarius maccormicki）、威尔逊风暴海燕（Oceanites oceanicus）、阿德利企鹅（Pygoscelis adeliae）和帝企鹅（Aptenodytes forsteri）。研究主要发现：四种管鼻藿在古气候冷却期（10 Mya至500 kya）种群持续增加，且其增长早于南极磷虾丰度的上升，可能反映了它们早期利用替代猎物；管鼻藿的种群增长速度比企鹅快一个数量级，归因于飞行能力赋予的更强的资源利用和扩散能力；南极贼鸥和威尔逊风暴海燕则表现出长期下降趋势，可能与生理限制或近期物种形成及南极拓殖等进化历史因素有关。整体上，物种对过去气候变化的响应呈现出一定程度的可预测性，但未来无冰繁殖区的增加可能无法抵消猎物减少的负面影响。
**关键技术方法**
研究人员采用全基因组重测序技术，对103个南极海鸟个体进行平均约12×覆盖度的测序。种群历史重建主要利用成对序列马尔可夫共祖（PSMC）方法，并辅以SMC++方法获得近期动态分辨率。突变率和世代时间参考近缘物种估算，并开展敏感性分析。同时，重新分析了南极磷虾的基因组数据，以比较捕食者与猎物的历史丰度变化。所有样本均来自东极洲上述三个采样区域。
**研究结果**
**测序与遗传结构**：共获得约121.7亿条原始读段，每个物种检测到约530万至3300万个SNP。主成分分析（PCA）和admixture分析显示，各物种在采样范围内呈遗传同质性，支持每个物种在东极洲具有单一人口历史。
**PSMC种群动态**：PSMC重建结果表明，四种管鼻藿在10 Mya至230 kya期间总体种群有效大小增加，其中在上新世至早更新世（4.35–1.1 Mya）出现增长减缓或轻微负增长；海角鹱在末次冰盛期（PGM）前约210 kya发生种群陡降。阿德利企鹅和帝企鹅的种群历史可追溯至约4 Mya，在相同时间段出现有限或负增长，随后与管鼻藿同步增加，但管鼻藿的增长速率比企鹅高至少一个数量级。南极贼鸥和威尔逊风暴海燕在早更新世至PGM开始期间呈现先增后稳定下降的趋势，两者在1.8 Mya至230 kya整体下降。南极磷虾则在约20 Mya开始下降，约1 Mya起加速增加。
**突变率与世代时间敏感性**：使用不同突变率和世代时间仅改变推断曲线在时间轴和丰度轴上的位置，但不改变总体趋势形状。排除性别连锁支架后，种群轨迹与全数据一致，但近期有效种群大小增加更明显。
**SMC++近期动态**：SMC++提供了PSMC无法分辨的近期（约10 kyr内）分辨率。结果表明，管鼻藿和企鹅在趋近PGM时种群增加，随后下降。威尔逊风暴海燕的SMC++轨迹与其PSMC推断几乎相反，而南极贼鸥两种方法结果一致。SMC++与PSMC在变化时间上存在一定偏移，且SMC++重复分析间存在差异。
**讨论与结论**
讨论部分综合了猎物可获得性、海冰范围、生活史特征、行为以及进化历史等因素。管鼻藿在1 Mya前的早期增长与磷虾丰度变化解耦，表明它们可能在当时更多依赖海冰相关的替代猎物（如冰藻、南极灯笼鱼和桡足类），随后才转向磷虾。飞行能力赋予管鼻藿更远的觅食距离（可达数千公里），使其比企鹅更有效地利用资源，这解释了其更快的种群增长速率。企鹅种群增长受限可能还与适宜繁殖位点未饱和、海冰依赖及种间竞争有关。上新世冰盖反复消长和海冰范围缩小可能导致了管鼻藿和企鹅的停滞或下降。南极贼鸥和威尔逊风暴海燕的下降可能受到生理限制或近期物种形成、拓殖和基因渐渗等因素的干扰。突变率不确定性会影响绝对时间估计，但不会改变物种在气候冷却期间总体增加或下降的结论。
研究结论强调，未来全球变暖（预计2100年升温1.8–5.7°C）可能导致海冰和猎物资源减少，对南极海鸟构成重大威胁。尽管大多数研究物种依赖无冰繁殖区，且当前无冰区似乎并非限制因素，但更新世冷却期种群增加、温暖的上新世种群减少的对比表明，未来变暖可能引发种群下降。因此，确保繁殖区采食范围内的猎物资源可及性至关重要，尤其是在南极磷虾丰度可能成为多数物种适应关键组分的情况下。继续实施南极海洋生物资源养护委员会（CCAMLR）基于生态系统的渔业管理，以保障南大洋高营养级捕食者的猎物需求，是缓解气候变化影响的重要措施。
