氣候變遷與生物物種間相互作用研究的下一步

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圖/只分布在台灣最南端的鵝鑾鼻野百合。(謝雯凱攝)
文/柯佳吟 (美國耶魯大學博士後研究員)

    人類活動所引起的氣候變遷正深切地影響地球上的生物群。近期快速的氣候變化在生物群中所產生最明顯的影響即是物種豐度和地理分布的改變,後續的連鎖效應也預期將逐漸出現,包括:(1)部分物種面臨滅絕的威脅,(2)部分物種分布的擴張可能影響原有的生態完整性和公共衛生,(3)生物群落將改變執行生態系統功能的能力,例如人類所依靠的生態系統服務 (ecosystem services)。因此,面對當代持續的氣候改變,在生態研究上的主要挑戰將可能是預測個別物種將如何改變其豐度和分布、生物群落將如何在結構和功能上產生變化與由氣候變化所引起的生態系統功能改變。

    然而,物種如何因應氣候變遷是由許多因素共同建構起來的複雜情形。其中,物種對氣候變化的直接反應,最顯著的影響是表現在生理上的適應和其對應的表型、物種與環境之間的關係在演化上的改變以及在資源限制下所導致物種間相互作用變化。近年來,綜合陸域、淡水和海洋生態系的研究則是證實了氣候變遷對物種豐度和分布的間接影響,可以超越甚至扭轉氣候變化所帶來的前述的物種直接反應。

    但是,了解物種之間相互作用的相對重要性並非簡單且直覺的課題,續加上現今氣候表現的範圍比過去以往的經驗都要來的大 (如極端溫度),因此過去在食物鏈由上往下或是由下往上調解的優勢可能都會隨著氣候變遷而改變,當這樣的改變發生時,不僅可能磨滅過往在預測個別物種豐度與分布情形的研究努力,也可能使得當前在預測未來生態系統功能轉變時,若忽視物種生理和族群動態間連結的關鍵環節,產生後續經營管理方針的誤差。

    鑑於這樣的複雜性,很明顯地,生態和演化生物群在氣候變遷的研究路上需要新的思維、模式模擬和實證方法,以確實預測個別物種的移動範圍、新的生物群落組成情形以及這些新的生物群落將如何在結構和功能性改變。較強的預測能力對於減輕氣候變化對生物多樣性、生物群落動態變化、生態系統功能和物種保育將是至關重要的。


圖/東帝汶 Maubara Lake 沿岸的枯樹 (Source:United Nations Photo flickr, CC BY-NC-ND 2.0)

    2012年底時在美國紐約便舉行了相關的研討會,聚集了多位知名的生態學者,希望能夠透過集體討論帶給氣候變遷與物種相互作用研究新的啟發。會中學者們除了提出要解決這樣複雜問題背後所需急迫進行的野外或實驗室實驗以取得數據的支持外,同時也列出了建議未來研究的關鍵方向,包括有:

    (1) 物種分布範圍的改變在程度上將如何影響群落中的其他物種,尤其是進行哪些生物群落將可以保持其完整性 (community integrity)以及個別物種特殊異質反應 (idiosyncratic responses)的預測;
    (2) 物種分布範圍的改變時產生的物種相互作用(例如競爭與寄生)的加速與削減,而此方向乃主要著重於對營養階層相互作用受氣候變遷影響的了解;
    (3) 生物群落的建立與崩解所導致的生物群落穩定性結果變化,此外,新的生物群落是否能比原先的群落具有較佳的恢復力 (resilience);
    (4) 基因和遺傳的適應 (adaptation)所扮演的重要性;
    (5) 由於一些生物將能夠適應氣候變化,生理與表型上的改變將如何影響他們的生物相互作用及生態功能?

    由上述的五點我們可以約略的感受到,未來,生態學家需要從不同的分支學科,包括生理生態學、群聚生物學、演化生態學、生態系統生態學等出發,以助於解答氣候變遷與物種相互作用的多向且高複雜度的問題,透過這些分支學科的綜合討論、模式建立、數據分享,才能確實有機會減輕生物和生態系受氣候變遷所引致的負面影響。

作者簡介

柯佳吟,台大生態學與演化生物學研究所博士,為已故氣候學者史奈德(Prof. Stephen H.Schneider)與其遺孀泰瑞茹(Prof. Terry L.Root)共同指導的學生,曾於史丹佛大學研修氣候變遷調適與減緩策略,以及生態系服務等議題。目前正處博士後研究期間,希冀透過國際合作方式,多面向探討氣候變遷議題。

【延伸閱讀】
國家公園 擋不住暖化》柯佳吟 17-Jan-11 低碳生活部落格
熟悉的陌生地球─氣候變遷如何影響生態系》柯佳吟 26-Dec-11 低碳生活部落格
氣候變遷下的海洋生物變化》柯佳吟 19-Aug-13 低碳生活部落格
氣候變遷下生物多樣性研究的重要性及展望》李玲玲 Apr-08 林業研究專刊

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