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澳门在线威尼斯官方专家评述昆虫如何响应气候变暖导致的极端高温

       点击数: 次      发布时间:2020-09-08

全球气候变化导致极端高温事件和热浪发生越来越频繁,昆虫不得不面临极端高温幅度、频率和持续时间的增加。因此,自然界极端高温对昆虫的影响,以及昆虫对这种极端高温的响应,是全球气候变化背景下一个非常重要的生态学问题。近日,我院澳门在线威尼斯官方马春森研究员团队在昆虫学年评杂志《Annual Review of Entomology》发表了题为“Surviving a Warming Climate: Insect Responses to Extreme High Temperatures”的综述性文章,评述了极端高温对昆虫的影响及昆虫的应对策略。

文章首先对以往关于极端高温与昆虫关系研究中使用的极端高温的定义方法进行了系统的回顾和点评。在此基础上,作者提出了一种新的定义方法,即以高温天和非高温天的日最高和日最低温度,高温天出现的频率及其与非高温天的交替关系,来解析发生在任一时间尺度的极端高温事件。该方法同时考虑了极端高温对昆虫的影响和昆虫在高温发生间隔期间的自我恢复。

昆虫可以通过避热行为、表型可塑性、发育进程、进化性适应等多种方式在一定程度上缓解极端高温的不利影响。避热行为可以提高昆虫自身的存活几率,但这个行为的过程往往需要消耗能量,并对刺吸式昆虫的取食造成影响,进而导致发育延迟和繁殖减少。昆虫可通过表型可塑性来提高自身的耐热性,昆虫经历热击、热锻炼、室内/外驯化、跨代驯化后均能提高耐热性。昆虫在不同的虫态和发育阶段的耐热性存在差异,世代重叠的昆虫可利用这一发育过程中耐热性的差异来避免种群在极端高温下全军覆没。长期的进化性适应也有助于提高昆虫的耐热性水平。但总的来看,这些缓解极端高温影响的方式均以繁殖等与昆虫适合度密切相关的生活史性状为代价。

尽管昆虫能在某种程度上应对极端高温,但无法完全消除或补偿极端高温对自身的负面影响。极端高温通过在分子、生化、生理等水平对昆虫造成一系列的影响,导致昆虫的热损伤,并对昆虫体内的共生菌种类和数量产生影响,最终体现到昆虫的适合度和种群动态。总的来看,极端高温可对昆虫产生即时、跨阶段甚至跨代的影响,高温对昆虫生活史性状的影响具有阶段效应,早期经历极端高温会对昆虫后续的发育、繁殖等产生影响。昆虫不同性状对高温的响应不同,繁殖对高温最敏感,其次是发育,最后是存活。极端高温通过改变物候、化性、丰富度等最终影响昆虫的种群动态。极端高温还能改变昆虫的群落组成和结构,影响种间关系和生态系统功能,改变昆虫的地理分布。

文章最后对未来相关研究进行了展望,强调了设计更能体现自然界发生的极端高温事件对昆虫影响的试验的重要性。此外,今后的相关研究工作应重点关注发生在冬季、春季和秋季的季节性极端高温对滞育和非滞育昆虫的影响,以及由于夜间显著变暖导致的热天暖夜等极端高温事件对重要农林害虫的影响。极端高温事件是全球气候变化最为重要的特征之一,了解昆虫对极端高温的响应机制,对预测气候变暖背景下我国重要农林害虫的发生趋势有重要的理论和实际意义。

该综述由澳门在线威尼斯官方马春森研究员、马罡副研究员与法国图尔大学Sylvain Pincebourde教授共同完成,马春森研究员为第一和通讯作者。文章得到了国家自然科学基金(31620103914,31772156)和重点研发计划项目(2018YFD0201400)的支持。

论文链接:

https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-ento-041520-074454