哺乳动物应对全球气候变化的反应

四川师范大学 科学硕士（教育硕士）研究生学期作业（论文）专用封面 作业（论文）题目： 哺乳动物应对全球气候变化的反应 所修课程名称： 植被生态学 修课程时间： 2014 年 9 月至 2014 年 12 月 完成作业（论文）日期： 2014 年 12 月 任课教师打分： 任课教师评阅意见： 任课教师签名： 年 月 日

专业:生态学

学生:李玉凤 指导教师:何磊

摘要：全球的气候变化已经引发了一系列的负面影响，包括污染物的排放、气温的上升、降雨量的改变、海平面的上升、洪涝灾害、飓风增强、突发灾害频率增加、臭氧层空洞、生物多样性丢失、干旱等，人类活动是造成全球气候问题的主要原因。由于生活环境的恶化，生物都在为自己和种群的生存不断地在适应变化的环境。其中，哺乳动物在分布、行为、丰富度、种群大小和种间关系等方面都在不同程度的响应全球气候的变化。但是尽管如此，气候的急剧变化已经导致许多的哺乳动物濒临灭绝或者已经灭绝，作为全球气候变化的主要责任者，人类应该更加关注气候变化，并减缓或者防止气候变得更加恶劣，还大自然一份美好，还地球生物一份舒适。

关键词： 全球气候变化，哺乳动物，适应，灭绝，保护

1全球气候变化的影响

人类利用大量的自然资源来迅速地建立完整的工业体系，极大地提高全球范围的国民生产总值(GNP) ，迅速地发展经济，极大地提高与满足人类自身的消费水平，迅速地提高尖端科学技术水平等。然而，人类现行的无视自己是地球生态系统的组分并以经济和科技发展为主导的思想方法和战略措施，将自己从众多的生态平衡关系中抽离出来，绝对地控制和任意地榨取地球有限的自然资源，从而使人类逐渐进入与自然界全面对抗和尖锐对立的时代，超出了大自然自身的调节控制能力范围，导致了全球性的生态与环境危机错误！未找到引用源。。

随着全球环境变化现象的突显，气候变化也逐渐被人类所关注，气候变化对我们赖以生活的地球环境有许多负面的影响，包括污染物的排放、气温的上升、降雨量的改变、海平面的上升、洪涝灾害、飓风增强、突发灾害频率增加、臭氧层空洞、生物多样性丢失、干旱等几乎所有的负面影响错误！未找到引用源。。

1.1 全球气候变暖

通过大量的科学研究，目前许多的科学家认为，全球气候变暖与人类在工业活动中向大气中排放越来越多的CO 2 等温室气体有关，另外，森林覆盖面的减少也使这些气体含量只增不减，这些气体可以通过所谓的“温室效应”使地面温度不断升高错误！未找到引用源。。

近百年来由于各种人类活动而注入到大气中的CO 2排放速度逐年在增长。除了CO 2 之外，大气中增长最快的温室气体还有CH 4 、N 2O 和氟里昂等。这些温室气体的含量增加可以明显地改变和破坏大气的能量收支平衡。据最粗略的估计，假设在其它条件不变的情况下，将大气中的CO 2浓度增加2倍，那么每平方米的地面放出的热量将会减少4 W，这部分多余的热量可以使地表温度增加

1.2 ℃。如果加上大气中许多其它过程的影响，那么地面温度最低也会增加2. 5 ℃，这就是温室气体的含量变化所引起的增温效应。

随着全球变暖的加剧，北冰洋的环境正在发生着快速变化。北冰洋有着地球上最为独特的海洋生境：极昼和极夜更替、宽阔陆架环绕的深海盆、海水的长消循环变化、以及中心海域常年海冰覆盖等。极地的升温，即使是在北极点附近仍可见大片的无冰海域错误！未找到引用源。。

与此同时，受大气中CO 2浓度增加和海冰融化的影响，在北冰洋中心区次

表层错误！未找到引用源。、楚科奇海陆架区错误！未找到引用源。和加拿大北极群岛外流北极水错误！未找到引用源。中都发现了海洋酸化现象。

全球气候逐渐变暖导致气温不断升高，冰川融化，海平面上升，飓风增强，降雨量分布不均，洪涝干旱灾害频发等一系列变化。

1.2 臭氧层空洞

大气中的臭氧(O3) 平均浓度约是300 个道普生(以测量臭氧浓度的仪器命名的单位) 。主要集中位于平流层大气中，只有10 %左右在大气的对流层。臭氧也是一种温室气体，但它扮演的主要角色是吸收进入地球大气的太阳辐射能量中的过量的有害短波辐射（主要是紫外辐射），使地球上的生物免受过量紫外辐射的危害。70年代初，科学家们就发现全球大气中的臭氧总含量(指从地面到大气顶端的整个气柱内的臭氧含量) 正在以每年0.2%左右的速度在不断地减少。臭氧的减少还同地理位置和季节有关。在南半球，夏季南极上空臭氧含量的减少最为剧烈，与周围的大气相比形成了一个明显的臭氧含量低值区域，即称之为“臭氧洞”。在北半球，冬季北极上空的臭氧含量也在减少，并扩大到欧洲上空。我国科学家也发现，在青藏高原上空也存在大气中臭氧含量的低值区域。

臭氧层空洞会使生物遭受过量的紫外辐射。植物会因此降低光合作用的强度，人类则会增加皮肤癌与白内障的患病率，臭氧每减少1%，皮肤接触到紫外辐射的量就会增加2%，皮肤癌与白内障的患病率就会增加4%，并会破坏大气本身的自身免疫系统错误！未找到引用源。。

1.3 生物多样性丢失

生物多样性是指在一定时间和一定空间范围内所有生物（动物、植物和微生物）物种及其遗传变异和生态系统的复杂性总称。它是生物与其生存环境之间复杂关系的体现，也是生物资源丰富多彩的标志。生物多样性是人类赖以生存的基础，一方面为人类提供基本的生活环境，另一方面又为人类的生活提供丰富的资源。生物多样性通常被分为基因多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。气候是影响生物多样性的主要自然因素，气候各要素的变化将引起生物多样性的改变。目前气候变化对生物多样性的影响和脆弱性研究（脆弱性通常指一个系统易于遭受外部胁迫伤害的状态，包括系统对胁迫暴露的程度、对胁迫暴露的敏感

未找到引用源。性以及系统的适应能力错误！还主要集中在物种多样性和生态系统多样性两

个方面，基因多样性与气候变化关系研究还比较欠缺。生物多样性体现在陆地、淡水和海洋各个环境的生物多样性，气候变化对生物多样性的影响和脆弱性又分

别从陆地、淡水和海洋生物多样性方面展开相关研究[8]。大量观测显示，温室气体大量增加已经导致全球气候急剧变暖，海平面大幅度上升，并引发冰川融化、积雪减少，高温、干旱、热浪、飓风和洪水等极端气候事件频繁发生，这些改变已经对生物多样性产生了较为深刻的影响[10]。同时，陆地、淡水以及海洋生态系统的结构与功能也发生了极大的变化，生物生存生活环境的改变，已经导致物种的物候、行为、分布和丰富度、种群大小和种间关系、生态系统结构和功能等都发生了不同程度的改变[11]，甚至引起个别物种的灭绝[12]。由此可见，未来全球气候变暖将会对生物的多样性产生更为深刻的影响错误！未找到引用源。。另一方面，各种生物也在不断地改变自身而适应全球气候变化导致的其生存生活环境的改变。

2哺乳动物应对全球气候变化的反应

生物具有指示气候环境的功能。气候的冷暖、干湿，地形和地势的变化，必然会在生物的分布中得到反映。哺乳动物对气候环境的变化非常敏感，因此哺乳动物应对气候环境的重大变化做出了许多响应[13]。

2.1分布与丰富度的变化

气候变化已经使一些物种在分布上发生了改变。在气候变化下物种迁移和物种对特殊生境的需求与物种自然适应气候变化密切相关。气候的一点点的变化，在没有人为和自然的屏障的情况下，加拿大南部的陆生哺乳动物将会大量或者全部向北方迁移，从而使得陆生哺乳动物在加拿大陆地上的分布不平衡[14]。由于海冰消融，海象被迫大量前往楚科奇海沿岸。其中2011年在海冰最少的９月，海冰的消失导致１～２万头海象转场阿拉斯加陆地。拥挤导致更多幼崽死亡，而成体要获取食物也需要耗费更多能量。亚北极鱼类和海洋哺乳动物出现北移的迹象，这将直接影响以海冰作为栖息地的，如海象等物种的生存空间。另一方面哺乳动物的迁移也是为了适应气候的变化，假果没有物种的迁移，非洲277 个哺乳动物中10%～15%物种在2050 年左右将濒临灭绝，到2080 年将有25%～40%物种濒临灭绝，如果物种能有效迁移，大概仅有10%～20%物种濒临灭绝[15]。

气候变化也使一些物种的丰富度发生改变。例如，气候变化使极地北极熊出生率下降[16]；美国许多地区耐热脊椎动物丰富度增加，南部哺乳动物丰富度降低，而在冷凉山区增加[17]；目前也观测到物种对气候变化适应性的进化，哺乳动物的活动[18]适应气候变化而发生相关基因的变异。另有报道显示，在全新世现存5307种哺乳动物中总共有249种哺乳动物灭绝，在灭绝的哺乳动物中有91.7 %生活在岛屿上，仅有8.3 % 是陆生哺乳动物。其中啮齿目动物，偶蹄目动

物，灵长类动物灭绝的比例显著地比翼手目动物和食肉目动物高[18]。许多的哺乳动物在更新世的晚期和全新世的早期开始灭绝，一些哺乳动物如披毛犀、洞熊、大角鹿、猛犸象等被认为都主要是由于气候的变化而走向灭绝的(e.g. Nogues-Bravo et al. 2008)。由此看出，物种依存于特定的环境[19]，不同的哺乳动物应对全球气候变化的反应不同，不同哺乳动物对气候变化的耐受性也各不相同。

2.2 行为的变化

全球气候变暖导致北冰洋冰的覆盖面积不断减少，因此北冰洋与冰相关的哺乳动物如海象、环纹海豹、髯海豹、环斑海豹、斑海豹、竖琴海豹、冠海豹、北极露脊鲸、白鲸、独角鲸和北极熊等的产崽、休息以及迁移等各种行为都受到不同程度的影响。在过去，这些北极标志性海洋哺乳动物依托海冰平台产崽、休息和迁移；北极熊毛色与冰雪环境一致，以适应冰雪环境而隐蔽自己，而黑色的皮肤则能尽可能多地吸收阳光的热量；独角鲸、白鲸和北极露脊鲸能在冰下活动，并能在广袤的海冰盖中寻找到冰裂隙进行呼吸；环纹海豹和髯海豹通过在海冰打呼吸孔呼吸并上冰休息；海象在海底捕食的间隙依托浮冰进行休息。如今北冰洋环境恶化，这些依托海冰平台生活的哺乳动物都受到各种威胁，其行为方式也将慢慢改变以适应新的环境[4]。

2.3 种群大小和种间关系的变化

近一个世纪来，随着全球气候变暖，通过对美国Yosemite National Park (YNP)从海拔60m 到3300m 的范围进行研究显示，低海拔的种群在向高海拔扩张，而高海拔的种群在逐渐的缩小，这样的变化将改变中高海拔处种群的结构和组成[20]。

另有分析显示，北冰洋环境快速变化将显著影响生态系统，包括与冰相关的食物链将在部分海域消失并被较低纬度海洋物种所替代、总初级生产力有望增加并为人类带来更多的渔获量、另外以海冰作为栖息和捕食场所的大型哺乳动物的生存受到威胁[21]。海冰的迅速消失和环境的快速变化留给了北冰洋生物更少的时间去适应马上就要面临的新环境，北冰洋生态系统正在重建一个新的、未知的、需适应更高水温和更少海冰的系统。海洋生态系统的变化很可能包括短期的种群变化和长期的群落重建（若海冰消退持续）。

海冰变化让生活在那里的哺乳动物不得不考虑在一个更加温暖、无冰时间更长的环境中获得足够的食物以及与更加适应较高温度的种类竞争[22]。最近的一个气候变化对北极海洋哺乳动物的评估显示，北极露脊鲸、北极熊和海象成为最容易受影响的动物。评估同时显示亚北极哺乳动物会在牺牲真正北极种类中获益。

海冰更早时间的在陆架海域消失意味着底栖群落产量的下降，会影响海象和灰鲸等以底栖生物为食的动物的生存。海冰的变化同样影响食物组成，含脂丰富的食物种类将被含脂较低的喜温种类所替代，会降低大多数现有的北极露脊鲸、独角鲸、环纹海豹等海洋哺乳动物在短暂夏季所需脂肪的补充能力。对太平洋海象的环境影响和人类压力综合潜在影响评价显示了明显的种群恶化倾向。对北极熊的观测表明，北极19个亚群中有７个亚群出现了数量下降的趋势，其中西哈德森湾和南波弗特海两个亚群数量减少可以确定是气候变化导致海冰减少的结果。海冰季节性可利用程度的改变已影响到了西哈德森湾北极熊的生存以及南波弗特海北极熊的生存率和繁殖率。若北极的海冰储量持续下降，预期其他一些亚群也将受到失去栖息地和减少获取与冰相关的海豹等食物的威胁。2008年夏季中国第３次北极考察期间，北冰洋高纬海域考察沿途北极熊的频繁出现，反映了由于海冰面积减少导致了北冰洋北极熊活动区域被极大压缩的残酷现实[23]。

3 讨论与展望

随着全球环境变化现象的突显，气候变化也逐渐被人类所关注，也应该为人类所重视。全球气候的变化会导致物种迁移和灭绝，同时也为产生新物种提供可能性。物种像生物个体一样，有生有灭但新的哺乳动物物种的形成过程往往要历时数百万年。每一种哺乳动物的消失都将带来不可估量的损失，但随着人类社会经济的发展，人类活动加重并加速了气候的变化，当代哺乳动物灭绝速率也逐年增加。值得注意的是，人类过度捕猎，传播疾病，增加哺乳动物物种间的竞争，破坏动物的栖息地以及引入外来物种等活动也被认为是导致物种灭绝的因素，这样的现象随着时间的推移也越来越显著[24]。哺乳动物在应对全球气候的变化和人为因素下总是朝着有利于自身物种的生存与繁衍的方向改变或者是开启应急模式尽量的挽救自身物种，从而使其能继续的生存下去。为此，人类首先有责任改善已经变化的全球气候，同时也有责任保护为我们所伤害的哺乳动物，尽可能的减弱全球气候变化以及人类活动给哺乳动物带来的灾难。另外，不是所有的哺乳动物都面临灭绝的威胁，因此保护组织不能盲目的选择看似脆弱的动物进行保护，而忽略了真正需要受保护的濒危动物[24]。

全球气候的变化导致物种的分布产生变化从而产生地理隔离，最终产生新物种 (Hewitt 2001, 2004)。例如，冰期影响了许多动植物的分布(Cagnin et al.1998; Battisti 2006) ，在欧洲许多物种濒临灭绝，或者逃离到地中海半岛(Hewitt 2001, 2004) 。鉴于此，人类应该减少对大自然的破坏或者应该在已经破坏的裸地上恢复原有生境，从而为哺乳动物的迁移或者说是逃离提供可能性，促进其基因交流，扩大其活动范围。

另一方面，两极冰雪消融而引发的一系列问题的解决也是备受关注的，于此人类有必要进一步提高监测网络，并对环境的物理、化学和生物学复杂的相互作用有一个更好的了解。机器人网络系统、卫星、考察船以及固定在动物和冰上的设备可采集用于提高数值模式的数据，进而研究气候变化持续情况下的极地生态系统[25]。同时，应尽快解决如何保护已经受害的两极哺乳动物，观测与保护相互协作，提高对北冰洋生态系统的预测和保护。

参考文献

[1] 彭少麟. 全球气候变化及其效应[J].生态科学,1997,16(2):1-8.

[2] Depledge J, Lamb R, Lawler C. Caring for climate: a guide to the climate change convention and the Kyoto protocol[C]. ONU/UNFCCC, 2005.

[3] 安芷生, 符淙斌. 全球变化科学的进展[J].地球科学进展.2001,16(5):671-680.

[4] 何剑锋, 张芳. 北冰洋环境快速变化与生态响应[J].自然杂志, 2012,34(2):96-101.

[5] 何剑锋, 张芳. 北冰洋环境快速变化与生态响应[A].Yamamoto Kawai M, Mclaughlin F A, Carmacke C, et al. Aragonite under saturation in the arctic ocean in the Arctic Ocean acidification and sea ice melt[C].Science,2009,326(5956):1098-1100.

[6] 何剑锋, 张芳. 北冰洋环境快速变化与生态响应[A].Bates N R, Mathis J T. The Arctic Ocean marine carbon cycle: evaluation of air-sea CO2 exchanges, ocean acidification impacts and potential feedbacks[C].Biogeosciences,2009,6:2433-2459.

[7] 何剑锋, 张芳. 北冰洋环境快速变化与生态响应[A].Azetsu Scott K,Clarke A,Falkner K,etal. Calcium carbonate saturation states in the waters of the Canadian Arctic Archipelago and the Labrador Sea[C].Journal of Geophysical Research Oceans,2010.

[8] 吴建国, 吕佳佳, 艾丽. 气候变化对生物多样性的影响:脆弱性和适应[J].生态环境学报,2009,18(2):693-703.

[9] 吴建国, 吕佳佳, 艾丽. 气候变化对生物多样性的影响:脆弱性和适应

[A].Adger W N, Vulnerability[C].Global Environmental Change,2006,16: 268-281.

[10] IPCC(Intergovernmental Panel On Climate Change).Climate Change and Biodiversity. IPCC technical paper V[R].Cambridge,UK: Cambridge University Press,2002.

[11] Root T L, Price J T, Hall K R, et al. Fingerprints of global warming on wild animals and plants[J].Nature,2003,421:57-59.Jeremy Kerr, Laurence Packer.

[12] Parmesan C,Yohg G. A globally coherent fingerprint of climate change impacts across natural systems[J].Nature,2003,421:37-42.

[13] 邓涛. 中国新近纪哺乳动物演化对重大气候环境变化的响应[J].Chinese

Journal of Nature.2008,30(6):334-339.

[14] The impact of climate change on mammal diversity in Canada[J].Environmental Monitoring and Assessment,1998, 49: 263–270.

[15] Thuiller W, Broennimann O, Hughes G, et al. Vulnerability of African mammals to anthropic climate change under conservative land transformation assumptions[J]. Global Change Biology,2006,12:424-440.

[16] Arctic Climate Impact Assessment (ACIA) Impacts of a Warming Arctic[R]. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2004.

[17] Currie D J.Projected effects of climate change on patterns of vertebrate and tree species richness in the conterminous united states[J].Ecosystems, 2001, 4: 216-225.

[18] Giovanni Amori, Spartaco Gippoliti, Luca Luiselli.A short review of the roles of climate and man in mammal extinctions during the Anthropocene[J]. Rend. Fis. Acc. Lincei ,2014, 25:95–99.

[19] 刘小明. 地球气候对哺乳动物更替及人类进化影响[J].生物学通报,2010,45(7):1-4.

[20] Craig Moritz, James L. Patton, Chris J. Conroy, et al. Impact of a Century of Climate Change on Small-Mammal Communities in Yosemite National Park, USA[J]. Science,2008,322:261-263.

[21] 王桂忠, 何剑锋, 蔡明红, 等. 北冰洋海冰和海水变异对海洋生态系统的潜在影响[J].极地研究,2005,17(3):165-172.

[22] 王桂忠, 何剑锋, 蔡明红, 等. 北冰洋海冰和海水变异对海洋生态系统的潜在影响[A].Kovacs K M,Lydersen C,Overland J E,et al.Impacts of changing sea-ice conditions on Arctic marine mammals[C].Marine Biodiversity,2010,41:181-194.

[23] 陈立奇.21世纪的极地科学探索-面临的机遇与挑战[J].自然杂志,2009,31(2):81-87.

[24] Giovanni Amori, Spartaco Gippoliti, Luca Luiselli.A short review of the roles of climate and man in mammal extinctions during the Anthropocene[J]. Rend. Fis. Acc. Lincei ,2014, 25:95–99.

[25] Schofield O,Ducklow H W,Martinson D G,et al.How do polar marine ecosystems respond to rapid climate change[J].Science,2008,328(5985):1520-1523.