永利集团3044官网欢迎您李艺副教授联合校内外学者在海洋连通性如何影响生物多样性研究方面取得进展，相关成果以“Climate-driven connectivity loss impedes species adaptation to warming in the deep ocean”为题发表于《Nature Climate Change》，本研究为第一作者林宇轩在永利集团3044官网欢迎您本科期间课题。研究将陆地景观连通性理论拓展至海洋生态系统，首次基于人类活动干扰提出了跨海洋分层的连通性评估框架，揭示了全球变暖对海洋生态系统连通性的深远影响。研究发现，海洋气候连通性的流失将随深度加剧，并将显著削弱深海物种迁移和适应气候变化的能力，造成深海物种栖息地不断压缩，从而威胁深海生物多样性。这一发现不仅挑战了传统认知中“海洋表层受气候变化影响最大”的观点，也为理解海洋生态系统的脆弱性提供了全新视角，突显了全球变暖对海洋生物多样性保护的严峻挑战，并为探索气候变化下海洋优先保护区的划定提供了科学依据。
研究背景
气候变化正在加剧海洋生物多样性的丧失。在海洋中，空间上相互连通且气候条件相似的海域为物种洄游提供了“蓝色高速路”和“气候避难所”。例如，物种可以通过迁移到适宜的新栖息地来规避原有栖息地气候变暖的威胁，而气候连通性使得物种迁徙和规避气候变化的影响成为可能。与陆地物种相比，海洋物种在洄游过程中受到的温度胁迫较少，且主流观点认为，表层海洋物种受气候变暖的胁迫程度通常高于深层物种。然而，全球变暖对海洋不同深度区域连通性的影响模式尚未明确。
研究难点
（1）影响机制复杂：以往研究多基于等温线轨迹或温度相似性来量化气候连通性，但尚未考虑人类活动的叠加影响。此外，已有研究表明浅海的连通性未来将持续丧失。但深海区域的连通性在气候变化与人类活动耦合影响下的变化趋势仍不清晰。
（2）模拟框架缺乏：陆地景观连通性理论在生态学中较为成熟，例如基于电路理论和图论的源地和阻力评估框架。然而，海洋景观异质性较低，阻力因素随深度变化明显，目前缺乏统一且操作性强的评估方法。
研究结果
（1）本研究建立了一个海洋气候连通性模拟框架（图1）。该框架通过物理-化学-生物因子的空间异质性识别源地斑块，基于人为源阻力计算最小累计成本，构建最优迁移路径（廊道），并追踪等温线确定迁移方向，最终估算气候连通性及物种所承受的温度胁迫。该框架涵盖了11种人类活动干扰、17种气候胁迫因素、21种生境类型，以及32,761种海洋生物。
图1 海洋气候连通性模拟框架流程图
源代码获取链接：https://doi.org/10.5281/zenodo.14271879
（2）研究发现，全球变暖将导致海洋连通性显著下降，且流失程度随深度增加而加剧（图2）。到21世纪末，表层海洋的连通性流失率预计为32%，而深海区域可能高达74%。其中，68-80%的连通性流失将发生在本世纪中叶之前，且到本世纪后半叶，累计流失面积将翻倍。
图2 不同气候情景下海洋景观连通性
2100年气候连通性空间分布数据集获取链接：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.27060730
（3）研究估算，海洋物种平均能通过洄游抵消60-68%的增温胁迫（图3）。然而，由于深海区域连通性流失更为严重，深海物种在应对气候变暖时将面临更大的挑战。
图3 不同深度物种对气候变暖威胁的抵消能力
（4）模拟结果显示，超过1/4的海洋栖息地将经历不可逆的连通性流失，其中深海区域的流失比例高达95%（图4）。由于深海生物对升温的适应能力较弱，气候变暖可能进一步压缩其适宜栖息地，增加生物多样性丧失的风险。因此，迫切需要采取有效的保护措施，通过整合连通性良好的栖息地，减缓生物多样性损失的趋势。
图4 经历不可逆连通性流失的栖息地分布格局
论文致谢
本论文第一作者为永利集团3044官网欢迎您2017级本科生林宇轩（现为香港科技大学博士生），通讯作者为李艺副教授。共同作者包括陈宇新教授、柳欣教授、林昕副教授（海洋与地球学院）、Edward A. Laws教授（美国路易斯安那州立大学）、周韫韬教授（上海交通大学）、2020级博士生向枝远、2020级硕士生陈治学、2021级硕士生张欣宜、吕永龙教授。此外，Anthony Richardson教授（昆士兰大学）、Kristine Buenafe博士（昆士兰大学）和Angus Mitchell博士（阿德莱德大学）对本论文提供了详尽专业的审稿意见，杜建国研究员（自然资源部第三海洋研究所）、王为磊教授（海洋与地球学院）、蔡文炬教授（崂山实验室）对本研究提供了指导建议，永利集团3044官网欢迎您图书馆信息技术部肖铮高级工程师、林俊伟与洪辉工程师对硬件设备提供了技术支持。本研究获得国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划、永利集团3044官网欢迎您校长基金等项目资助。
论文来源：
https://doi.org/10.1038/s41558-025-02256-7
文、图 | 林宇轩、李艺
责任编辑 | 王秀秀、曹京柱
