沙漠鸟类由于气候变化带来的热压力而灭绝

紫绿燕子图片由肖恩·彼得森提供

根据加州大学伯克利分校的一项新研究，随着气温上升，沙漠鸟类需要更多的水来降温，与此同时，沙漠变得越来越干燥，这将导致一些物种面临严重的灭绝，如果不是灭绝的话。

去年的团队记录在莫哈韦沙漠崩溃鸟社区在上个世纪135 – 29%的鸟类,现在100年前少常见和普遍的今天,已经发现了一个可能的原因:热应力与气候变化有关。

研究人员的最新发现,加州大学伯克利分校的格林奈尔再测量项目,来自比较水平的物种下降过程的计算机模拟“虚拟的小鸟”必须处理热平均死亡谷炎热的日子里,可以在摄氏30年代- 90年代华氏温度-湿度较低。这些温度平均比100年前高2摄氏度(3.6华氏度)。与100年前相比，该模型预测的今天需要更多水的鸟类，是过去一个世纪里在莫哈韦沙漠减少最多的物种。这片沙漠横跨加利福尼亚州和内华达州的边界。

受威胁最大的是大型鸟类，以及以昆虫或动物为食的鸟类。

“我们常常认为,气候变化可能导致大规模死亡事件在未来,但这项研究告诉我们,气候的变化已经发生太热,在某些领域,动物can’t容忍已经发生的变暖和干燥,”主要作者埃里克•里德尔说加州大学伯克利分校的博士后学者。

这一虚拟鸟类模拟的独特之处在于，研究人员可以识别出在沙漠中，当鸟类离开树荫去觅食或寻找配偶时，日常生理压力——热量——的影响。环境变化的其他方面，如食物来源和火的变化，只会增加热应激。

“这是第一个研究直接关系从温暖的生理需求的增加,干燥气候的变化发生在生物多样性,”资深作者史蒂文Beissinger说,加州大学伯克利分校环境科学教授,政策和管理和脊椎动物学博物馆研究员伯克利分校。“以前的大多数研究都没有发现气候变化和生物多样性变化之间存在直接的生理联系，而生物多样性的变化通常是通过食物网或竞争物种的变化来调节的。我们的研究指出，气候变化的直接影响是通过增加蒸发冷却所需的水来维持舒适区体温。”

莫哈韦沙漠的日出。(加州大学伯克利分校图片作者:埃里克·里德尔)

根据Beissinger的说法，研究小组关于这些加利福尼亚和内华达沙漠鸟类的结论可能适用于世界其他地区的物种。

他说:“随着气候变化，更温暖、更干燥的情况预计会蔓延，因此，在很多地方，鸟类对蒸发水的需求可能会增加。”“这些影响可能不仅仅局限于沙漠。在炎热的沙漠或炎热的家乡(比如亚特兰大)，昆虫不喝水，这对它们有影响吗?随着气候变暖，我不太确定。”

贝辛格、里德尔和他们的同事在一篇论文中详细介绍了他们的发现，这篇论文将于本周发表在《美国国家科学院院刊》上。

格林奈尔再调查项目(Grinnell vey Project)是加州大学伯克利分校(UC Berkeley)生物学家约瑟夫·格林奈尔(Joseph Grinnell)和他的同事在1904年至1940年期间在脊椎动物动物博物馆(Museum of ate Zoology)进行的一项历时15年的研究，旨在重新考察和记录加州周边地区的野生动物。对该州一个多世纪以来的哺乳动物和鸟类生活进行比较，揭示了迄今为止气候变化造成的变化，并对未来几十年随着全球变暖的持续可能发生的事情提供了洞察。

喘气和心跳

像人类一样，鸟类调节它们的内部温度以保持在一个舒适的范围内。但他们不会流汗。像狗一样，它们会喘气，但也会通过所谓的“gular flutter”来振动喉部肌肉。由此产生的空气流量增加和蒸发的水使它们冷却下来。

较小的食虫动物，如加利福尼亚沙漠中的verdin，受气温升高的影响较小。(图片由Lynn Schofield提供)

然而，体温越高，就需要呼出越多的水来降低体温。研究小组计算出，由于过去100年莫哈韦沙漠温度上升了2摄氏度，像哀鸠这样的大型鸟类今天需要多10%到30%的水来保持凉爽。

根据加州大学伯克利分校的分析，以昆虫或其他动物为食的鸟类更容易受到蒸发水分流失的威胁，因为它们通常从食物中的水分中获取水分。他们很少饮用地表水。需水量增加30%意味着体型较大的鸟类每天要多捕捉60到70只虫子才能在高温下存活下来。即使这些虫子就在附近，鸟类仍然需要花费额外的精力和时间来找到它们。

由博士后研究员Kelly Iknayan领导并于去年发表的研究小组的实地调查证实了这一预测:美国红隼、草原隼和土耳其秃鹫，所有的大型食肉动物，以及小的食虫动物，如白喉的燕子、紫罗兰绿的燕子、橄榄边的捕蝇草、西部草地鹨和西部蓝鸟的数量都在下降。

根据该模型，吃种子或杂食的小型鸟类受到的威胁较小。事实上，早前的研究表明，在过去的一个世纪里，莫哈韦沙漠的小昆虫——蓝灰色的小蚊蚋、红宝石冠小翠鸟、山雀、黑尾小蚊蚋、黑喉麻雀、绿雀和峡谷鹪鹩——受到的影响较小。

素食鸟类，如seedeater，面临着一个不同的问题。因为它们可以从地表水中饮水——沙漠绿洲中的泉水和池塘，它们可以补充从食物中获得的水分。但那只是在有水的情况下。甚至是莫哈韦沙漠的保护区——死亡谷、约书亚树国家公园和莫哈韦国家保护区，也就是进行鸟类调查的地方——也因为气候变化和附近城市和农业区抽取地下水而变得更加干燥。因此，这些玉米也面临着高温致死的风险。

研究小组对这些公园里的鸟类进行了调查，结果证实，在上个世纪，大多数生活在开放水源地区的观鸟者受到气候变化的影响较小。

像这只加利福尼亚的鹰一样的迅猛龙在阳光下呆了很长时间，随着温度的升高，它们对水的需求也越来越高。(图片由肖恩·彼得森提供)

“对于以植物为基础的食性动物来说，这更像是二元的:一个物种在过去100年里是否能在一个地方生存下来，与地表水的存在与否关系更大。”里德尔说:“对于食虫动物来说，体温下降的程度更多地取决于身体的大小和羽毛的吸光度。一个物种对水的需求越大，它的数量就越少。因此，气候变化对鸟类群落的不同成员有不同的表现方式。”

研究人员指出，一些鸟类正通过向北或向山坡上迁移以寻找更凉爽的栖息地来适应更热的温度，而另一些鸟类则将它们的筑巢期提前，以避开更热的夏季温度。一些物种甚至变得更小，减少了它们对水的需求。但是鸟类只能缩小这么多。

里德尔说:“我们探索了这种可能性:鸟类需要多小才能保持同样的压力水平。”“这是一件荒谬的事，小了35%到50%。这是不可能的，它太小了。”

虚拟的鸟

拥有物理学背景的里德尔在电脑上模拟了50种不同沙漠鸟类的热量平衡，并从脊椎动物动物学博物馆的标本中获得了每种鸟类的物理数据。这些数据包括大小，以及羽毛的反射率，羽毛的长度和背部和腹部的羽毛深度。他通过将预测结果与圈养鸟类的热量平衡数据进行比较，并与研究人员(包括新墨西哥大学阿尔伯克基分校的合著者布莱尔·沃尔夫)的鸟类物理模型实验进行对比，从而验证了该模型的有效性。

像这只加利福尼亚的仙人掌鹪鹩，是沙漠专家，在上个世纪基本上没有受到气候变化的影响。(图片由肖恩·彼得森提供)

然后他运行这个模型，在不同的温度下，不同的条件下，从整天呆在阳光下到整天呆在阴凉处。死亡谷保持着地球上最高温度的记录:1913年达到134华氏度。

通过这些虚拟实验，里德尔和他的同事们能够很好地估算出，与100年前相比，现在每种鸟类蒸发冷却所需的额外水量，以及在不同的气候变化情景下，这些鸟类未来所需的水量。

不出所料，如今体型较大的鸟类需要更多的水，它们代表了自20世纪初以来受影响最严重的许多物种。里德尔预测，在气候变化最糟糕的情况下，像哀鸠这样的大型鸟类，到本世纪末可能需要近两倍于其正常饮水量的水来保持足够的凉爽，以在沙漠中更高的温度下生存。

里德尔说:“人们一直关注鸟类的致死阈值，但我们的衡量标准是千刀万切的死亡:鸟类每天必须应对的经常性降温成本。”“根据Kelly’s的工作，我们已经看到格林内尔在一个世纪前访问过的沙漠地区物种多样性减少了50%。这不是一个什么时候会发生的问题，而是理解我们已经做了什么，已经发生了什么。”

加州大学圣克鲁兹分校的Barry Sinervo也是这篇论文的作者之一。这项工作由国家科学基金会(1457742)资助。