根据普林斯顿大学研究人员最近发表在《科学》杂志上的一项研究，随着温室气体排放继续使世界海洋变暖，海洋生物多样性可能在未来几个世纪内急剧下降到恐龙灭绝以来从未见过的水平。
普林斯顿大学的研究人员报告说，除非温室气体排放得到控制，否则海洋生物多样性可能会下降到恐龙灭绝以来从未见过的水平。该研究的作者在预测的气候情景下模拟了未来的海洋生物多样性，发现随着海洋变暖减少了海洋的氧气供应，同时增加了海洋生物对氧气的代谢需求，像海豚(如图)这样的物种将受到威胁。
这篇论文的作者在不同的预估气候情景下模拟了未来海洋生物多样性。他们发现，如果排放得不到控制，仅气候变暖和氧气消耗造成的物种损失就可能反映出到2100年左右人类已经对海洋生物多样性产生的重大影响。这组作者报告说，热带水域将经历最大的生物多样性损失，而极地物种面临着最大的灭绝风险。
“积极而迅速地减少温室气体排放对于避免海洋物种大规模灭绝至关重要，”资深作者柯蒂斯·多伊奇(Curtis Deutsch)说，他是普林斯顿高地草地环境研究所(High Meadows Environmental Institute)的地球科学教授。
然而，这项研究发现，逆转温室气体排放可以将物种灭绝的风险降低70%以上。
第一作者、地球科学博士后研究助理贾斯汀·佩恩(Justin Penn)说:“一线希望是，未来不是一成不变的。”“我们发现的物种灭绝的规模很大程度上取决于我们前进过程中排放的二氧化碳量。我们仍有足够的时间来改变二氧化碳排放的轨迹，并防止气候变暖的程度导致这种大规模灭绝。”
多伊奇和佩恩在华盛顿大学(University of Washington)发起了这项研究，他们将现有的海洋物种生理数据与气候变化模型结合起来，预测栖息地条件的变化将如何影响未来几个世纪全球海洋动物的生存。
研究人员将他们的模型与化石记录中捕捉到的过去的大规模灭绝进行了比较。他们建立在他们早期工作的基础上，这些工作将地球上最致命的灭绝事件——大约2.5亿年前的二叠纪末灭绝——的地理格局与其潜在驱动因素联系起来:气候变暖和海洋中的氧气流失。
研究人员发现，他们的模型预测了未来的海洋生物多样性，二叠纪末灭绝的化石记录，以及我们现在看到的物种分布都遵循了类似的模式——随着海洋温度上升和氧气供应下降，海洋生物数量急剧下降。
随着人类活动导致气候变暖，水温和氧气供应是两个将发生变化的关键因素。对于适应较冷气候的物种来说，水温升高本身就是一个危险因素。温水比冷水含有更少的氧气，这导致海洋循环更加缓慢，减少了深海的氧气供应。矛盾的是，物种的新陈代谢率随着水温的升高而增加，所以对氧气的需求随着供应的减少而增加。“一旦氧气供应低于物种的需求，我们预计将看到大量物种的损失，”佩恩说。
海洋动物有适应环境变化的生理机制，但只是在一定程度上。研究人员发现，如果气候变暖发生，极地物种更有可能在全球灭绝，因为它们将没有合适的栖息地迁移。热带海洋物种可能会活得更好，因为它们具有能够适应热带温暖、低氧水域的特征。随着热带地区南北水域变暖，这些物种可能会迁移到新的适宜栖息地。然而，赤道海域已经非常温暖，氧气含量很低，温度的进一步升高——以及随之而来的氧气含量的下降——可能会使许多物种在当地不适合居住。
这组科学家报告说，他们的模型预测的物种灭绝模式——与热带地区相比，全球极地物种灭绝的数量更大——反映了过去大规模物种灭绝的模式。Deutsch和宾夕法尼亚大学的一项研究发表在2018年的科学显示,与温度有关的增加代谢需求——搭配减少氧的可用性火山喷发造成的——可以解释的地理模式在二叠纪灭绝物种丧失,造成了81%的海洋物种。
Penn说，这篇新论文使用了一个类似的模型来表明，如果变暖变得足够大，人为变暖可能会在一个可比的规模上从相同的生理机制导致灭绝。他说:“化石记录中的纬度模式揭示了由温度和氧气变化导致的灭绝预测的指纹。”
该模型还有助于解决海洋生物多样性地理格局中的一个持续难题。海洋生物多样性从两极到热带地区稳步增加，但在赤道地区下降。这个赤道倾角一直是个谜;研究人员一直不确定是什么原因造成的，有些人甚至怀疑这是否真实。Deutsch和Penn的模型为赤道地区海洋生物多样性下降提供了一个合理的解释:这些温暖水域的氧气供应太低，一些物种无法忍受。
佩恩说，最大的担忧是气候变化将使大片海洋变得同样不适合居住。为了量化气候在推动物种灭绝方面的相对重要性，他和多伊奇将气候变暖导致的未来灭绝风险与国际自然保护联盟(IUCN)关于各种海洋动物当前面临的威胁的数据进行了比较。他们发现，气候变化目前影响着45%濒临灭绝的海洋物种，但它只是仅次于过度捕捞、交通运输、城市发展和污染的第五大压力源。
然而，佩恩说，气候变化可能很快就会使所有这些压力因素的重要性都相形见绌:“极端变暖将导致气候导致的物种灭绝，到本世纪末，将超过目前所有人类压力因素的总和。”
贾斯汀·l·佩恩和柯蒂斯·多伊奇合著的《避免因气候变暖导致海洋大规模灭绝》发表在4月29日的《科学》杂志上(DOI: 10.1126/ Science .abe9039)。这项工作得到了美国国家科学基金会(OCE-1737282)、美国国家海洋和大气管理局(NA18NOS4780167)、加州SeaGrant和海洋保护委员会以及华盛顿大学气候变化项目的资助。