《Scientific Reports》：Global climate-driven shifts in the distribution of Rhipicephalus annulatus, a major vector of bovine babesiosis
编辑推荐：
气候变化正在通过改变物种生态位和驱动分布区变迁重塑节肢动物生物多样性，这对生态系统恢复力和家畜健康具有重要影响。环形牛蜱（Rhipicephalus (Boophilus) annulatus）作为牛巴贝斯虫病的关键蜱媒载体，在全球变暖背景下对家畜种群及相关生
气候变化正在通过改变物种生态位和驱动分布区变迁重塑节肢动物生物多样性，这对生态系统恢复力和家畜健康具有重要影响。环形牛蜱（Rhipicephalus (Boophilus) annulatus）作为牛巴贝斯虫病的关键蜱媒载体，在全球变暖背景下对家畜种群及相关生态系统构成日益严重的威胁。研究人员应用生态位模型（ENM），利用来自全球生物多样性信息机构（GBIF）、VectorMap和已发表文献的分布记录，结合WorldClim生物气候变量，在不同气候情景和时间段下评估了该物种当前和未来的气候适宜性。模型采用包含空间过滤、特征类别与正则化乘子调优的系统框架进行校准，并基于统计显著性、遗漏率（<5%）和ΔAICc进行模型选择以优化预测性能并最小化过拟合，随后将模型投影至SSP2-4.5和SSP5-8.5气候情景下的中期（2041–2060年）和晚期（2081–2100年）时段。当前气候适宜性主要集中在非洲、中东和南亚地区。未来预测显示，该物种的生态位将发生显著的气候驱动扩张，尤其在SSP5-8.5情景下，欧洲、阿拉伯半岛和澳大利亚部分地区将出现新的适宜区。基于阈值的二值化投影及增益–损失分析进一步揭示，中期情景下适宜面积净增加，而晚期高排放条件下则出现部分收缩，表明其对气候变化呈非线性响应。这些发现凸显了硬蜱科蜱类对气候变率的敏感性，并提示其适宜生境正逐步向先前不适宜的区域扩展。总体而言，研究结果强调了在“同一健康”（One Health）框架内整合气候知情监测的重要性，在此框架下，早期预警系统和适应性策略对于应对持续全球环境变化下新兴媒介传播风险至关重要。
研究背景、问题与研究意义
环形牛蜱（Rhipicephalus annulatus）是一种重要的单宿主蜱种，偏好寄生牛只，是牛巴贝斯虫病（bovine babesiosis）和无形体病（anaplasmosis）的主要传播媒介，可导致家畜发病率和死亡率显著上升，给热带和亚热带地区的畜牧生产体系造成重大经济损失。该蜱种的全球分布覆盖非洲、地中海盆地、中东及亚洲部分地区，历史上也曾分布于美洲。尽管美国在20世纪初实施了大规模根除计划，但该物种沿美墨边境的流行区域仍持续存在，并通过牲畜流动和跨境输入构成持续威胁。从生物地理学角度看，环形牛蜱与温暖且适度湿润的环境密切相关，其分布主要受离宿主体外阶段（尤其是卵和幼虫）存活所依赖的气候条件制约。作为单宿主蜱种，其扩散主要通过牲畜移动而非自主环境定殖实现，因此对人类活动驱动因素（如贸易和游牧系统）尤为敏感。近年来，气候变化正在改变多种蜱种的地理分布范围，但针对环形牛蜱的高分辨率、全球尺度分布模型仍然缺乏，已有研究多局限于国家或区域尺度且未系统纳入未来气候情景。为此，研究人员开展了本项研究，旨在：（i）描绘环形牛蜱当前的全球气候适宜性；（ii）在两种共享社会经济路径（SSP2-4.5和SSP5-8.5）下，预测两个未来时期（2041–2060年和2081–2100年）的生境适宜性；（iii）评估模型外推风险和潜在分布区变化。研究成果旨在支持区域和全球风险制图、指导家畜健康干预措施，并为气候变异背景下的适应性防控策略提供科学依据。
关键技术方法概述
研究人员从全球生物多样性信息机构（GBIF）、VectorMap及已发表数据集三个主要来源收集环形牛蜱的分布记录，经数据清洗、去重和空间稀疏化处理（最小距离≤2.5弧分，约5 km），最终获得602条记录用于模型校准和测试。环境变量取自WorldClim数据库的15个生物气候变量，未来气候数据采用四个通用环流模式（GCM）在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的投影。研究人员基于BAM框架，利用grinnell R包定义了可及区域（M），并在该区域内使用最大熵（MaxEnt）算法通过kuenm R包进行模型校准，包括多种特征组合和正则化乘子的调优。共生成1581个候选模型，基于统计显著性、遗漏率（<5%）和ΔAICc筛选最优模型。模型投影后，采用分层共识法汇总结果，并使用ExDet框架评估外推风险。此外，基于5%最小训练存在阈值生成二值化适宜性图，并进行增益–损失分析量化空间变化。
研究结果
当前全球气候适宜性：当前投影显示环形牛蜱在全球多个大陆具有广泛的气候适宜性。在非洲，高适宜性集中在北部和中部地区，特别是地中海沿岸（埃及、利比亚、阿尔及利亚、摩洛哥、突尼斯）以及横跨西非至东非的广阔中央地带。中等适宜性出现在东部和南部过渡区，低适宜性与极端环境（撒哈拉沙漠、卡拉哈里沙漠和密集赤道雨林）相关。在亚洲，高适宜性覆盖南亚、中东以及西亚和东亚部分地区。在欧洲，高适宜性分布在南欧和西欧大部分地区并延伸至中欧。在澳大利亚，适宜性集中在热带和亚热带地区，特别是北部。在北美洲，高适宜性主要限于美国南部和墨西哥。在南美洲，巴西、阿根廷、乌拉圭和委内瑞拉大部观测到高适宜性。
气候变化情景下的未来预测：未来预测显示气候适宜性发生显著空间变化，不同排放情景和时间段呈现不同模式。在SSP2-4.5（2041–2060年）下，高适宜区基本保持稳定但扩展至新区域，包括中非和南非部分区域、北欧、北澳大利亚及美洲部分地区，同时印度部分区域、华东和苏丹南部出现局部下降。在SSP5-8.5（2041–2060年）下，扩张更为显著，各大陆均有区域从中等适宜性转为高适宜性，但中非和南美北部出现适宜性降低。到晚期（2081–2100年），SSP2-4.5下多个区域继续扩张，但西非和南美部分地区下降更加明显。而在SSP5-8.5（2081–2100年）下，呈现出最复杂的模式，既向高纬度地区（如北欧和东欧、北美部分地区）扩张，又在多个热带和亚热带地区（特别是西非和南美部分地区）出现显著收缩，表明极端变暖情景下气候适宜性的空间异质性增强。
基于阈值的二值化适宜性模式：二值化分析显示，当前气候条件下适宜区约占研究区总面积的28.1%，在SSP2-4.5（2041–2060年）下增至32.7%，SSP5-8.5（2041–2060年）下为32.2%。然而，到2081–2100年，SSP2-4.5下适宜区降至31.4%，SSP5-8.5下进一步降至27.0%，表明极端晚期变暖下总适宜生境减少。
气候适宜性的增益–损失动态：增益–损失分析显示，所有情景下大部分研究区域保持稳定，但存在重要的区域转变。在SSP2-4.5（2041–2060年）下，65.3%区域保持稳定不适合，26.0%保持稳定适合，6.6%为新适合（增益），2.1%变为不适合（损失），呈现净扩张。到SSP2-4.5（2081–2100年），增益略升至6.9%，损失升至3.5%，空间周转增加。在SSP5-8.5（2041–2060年）下，增益达6.9%，超过损失（2.8%），符合中期显著扩张。但在SSP5-8.5（2081–2100年）下，损失大幅增至7.5%，超过增益（6.4%），稳定适合区降至20.6%，表明从扩张逆转为收缩，凸显极端变暖下的非线性响应。
外推风险分析：ExDet框架分析显示，非洲、欧洲和北美的大部分预测适宜区位于校准区域（M）的环境空间内，支持模型整体稳健性和可转移性。较高的外推风险主要出现在高纬度地区，特别是北欧、俄罗斯西部和北美部分地区，这些区域的未来气候条件偏离校准气候空间。重要的是，外推主要局限于预测为不适合的区域，以及在极小程度上局限于狭窄且空间有限的扩张预测区。
讨论与结论总结
讨论部分指出，环形牛蜱是埃及及邻近区域分布最广泛的蜱种之一，作为牛巴贝斯虫病和无形体病的主要传播媒介，对热带和亚热带畜牧生产体系构成重大限制。本研究提供了全面的气候驱动评估，证明气候适宜性本质上是动态的，并受到环境变化的强烈调控。蜱类生命周期的大部分时间处于离宿主状态，其存活、发育和季节性活动严格受温度和湿度条件调节，因此即使适度的气候变化也能引发显著的地理再分布。定量增益–损失分析进一步强化了这一解释，表明预测变化并非单向，而是扩张、收缩和稳定之间的动态平衡。在中等气候情景下，增益倾向于超过损失；而在更极端的情景下，特别是本世纪末，当前适宜区的损失开始抵消增益，这与气候临界点的概念一致。研究人员强调，预测应被理解为多元气候适宜性的表征，而非实际分布的直接指标。定殖取决于宿主可用性、植被结构、土地利用和微气候缓冲等额外生态约束。对于环形牛蜱这种单宿主蜱种，牲畜移动是其扩散的根本驱动力，人为因素可促进其快速进入新区域。本研究扩展并完善了早期建模工作，这些改进得益于使用地理全面的分布数据集、多个气候模型和多种排放情景。外推分析增加了稳健性，识别出预测超出校准数据环境域的区域。从流行病学角度看，环形牛蜱的再分布可能使易感家畜种群暴露于感染，增加疫情暴发和经济损失的风险。这些发现在“同一健康”（One Health）框架下高度相关，强调将生态位模型输出整合到监测系统中以支持早期预警策略、指导靶向干预和规范牲畜流动管理。
研究结论：研究发现，环形牛蜱的全球分布对气候动态高度敏感，预测显示在未来情景下各区域同时存在扩张和收缩。适度变暖（SSP2-4.5）与适宜面积净增加相关，而更极端的变暖（SSP5-8.5）产生非线性响应，包括可能由热力和水分胁迫驱动的区域损失。这些模式凸显了决定蜱类存续的生态阈值的存在。重要的是，预测的范围变化延伸到先前不适宜的区域，突出了牛巴贝斯虫病新风险区出现的可能性。鉴于该物种的单宿主生命周期和对牲畜移动的依赖性，仅凭气候适宜性无法决定定殖，还需与宿主动态和管理实践相互作用。将预测建模与监测和“同一健康”策略相结合，对于预测和缓解气候驱动的媒介再分布影响至关重要。
