气候变化条件下全球卵生和胎生爬行动物受胁状况的模型预测与评估

Which of oviparous and viviparous reptiles is more vulnerable to climate change is a hot topic in the research field concerning the response of animals to climate change. In this project, we will conduct experiments to acquire parameters of represented oviparous and viviparous species (Sceloporus lizards in North America and Eremias lizards in China）in morphology, physiology, behavior and life history. Using these parameters and an hourly microclimate dataset, we will develop a biophysical model to calculate body temperatures and developmental temperatures before and after climate change. To integrate the climatic impact on the energy budget and reproductive investment in each life history stage, we will develop a brand new mechanistic model based on life history. We will calculate maternal energy budget and energy content of survival offspring in whole years, and then predict the impacts of climate change on the fitness of oviparous and viviparous reptiles based on the outputs from our models. Based on these results, we will evaluate the vulnerability of oviparous and viviparous reptiles globally and propose targeted conservative strategies.

卵生还是胎生爬行动物更易受到气候变化的威胁是动物响应气候变化研究领域的一个前沿热点问题。本项目以北美强棱蜥属（Sceloporus）和中国麻蜥属（Eremias）的卵生和胎生蜥蜴为代表物种，结合文献和室内外实验研究获得卵生和胎生蜥蜴的形态、生理、行为和生活史参数。基于上述参数并结合当前和未来的全球逐小时微气候数据，构建生物物理模型预测气候变化对成体体温和胚胎发育温度的影响；构建全新的分段生活史机制模型，预测气候变化对繁殖母体全年能量收支和存活后代总能量的影响，进而阐明气候变化对全球卵生和胎生爬行动物适合度的影响。基于以上研究结果，结合全球卵生和胎生爬行动物的实际分布情况，评估气候变化趋势下全球各区域两种繁殖模式爬行动物的受胁程度，提出针对不同繁殖模式物种的保护策略。

爬行动物中的有鳞类物种有卵生和胎生两种繁殖模式。现有的大尺度研究表明，由于很多胎生物种适应了相对寒冷的环境，在气候变暖情形下可能受到更大的威胁。然而，卵生和胎生有鳞类物种地理分布广泛，且分布范围经常重叠。那么，对于同域分布并适应了相似热环境的卵生和胎生有鳞类物种，哪一类更容易受到气候变暖的影响呢? . 本项目选择北美的强棱蜥属蜥蜴（Sceloporus）作为研究系统，从文献中获取强棱蜥的形态、行为、生理和生活史特征，利用微气候模型、生物物理模型和生活史模型，预测气候变化对全球卵生和胎生有鳞类物种各生活史阶段的存活和能量收支的影响。通过综合考虑母体能量收支和年末存活后代总能量来评估物种受到气候变暖的威胁。. 我们发现在气候变暖情形下，卵生物种繁殖频率的提升幅度大于胎生物种。繁殖频率的提升减少了母体繁殖后能量积累的时间，相应地减少了母体能量结余。由于繁殖频率的大幅提升，相对胎生物种而言，卵生物种会在较少的地点以更大的幅度经历存活后代总能量的提升。但与此同时，由于孵化成功率的大幅下降，相对胎生物种而言， 卵生物种也会在较多的地点以更大的幅度经历存活后代总能量的减少。本研究表明，相对同域分布的胎生有鳞类而言，卵生有鳞类受气候变暖的影响具有更多的不确定性。在平均温度和温度变异程度均较高的地区，卵生物种尤其容易受到威胁。. 本研究创新性地根据卵生和胎生有鳞类独特的繁殖生活史设计机制生态位模型（生活史模型），整合成体、幼体和胚胎等多个生活史阶段中物种对温度变化的生理和行为响应，预测气候变化对物种适合度造成的影响。我们的研究框架可拓展应用于探索具有特定生活史的物种对气候变化或其他环境变化的响应，为全球变化背景下的生物多样性保护提供重要参考。