原文来源： Manca F, Benedetti-Cecchi L, Bradshaw C J A, et al., 2024. Projected loss of brown macroalgae and seagrasses with global environmental change. Nature Communications, 15: 5344.
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48273-6.
海洋生态系统作为全球生物多样性和生态服务的重要支柱，正面临气候变化的深刻影响，而气候变化的多重压力现在也在威胁着这些生态服务。相关研究人员估计，自1880年以来，19%的受调查海草面积已经消失，全球个别海草区域面积正以每年1%-2%的速度减少。尽管陆地生物多样性对气候变化的响应已得到广泛研究，海洋生态系统（尤其是具有关键生态功能的褐藻和海草群落）的未来分布变化仍缺乏系统性预测。
褐藻（如大型海带）和海草不仅是海洋初级生产力的核心贡献者，还通过构建复杂的三维栖息环境，支撑了从无脊椎动物到顶级捕食者的完整食物网。褐藻森林覆盖全球约263万平方公里，海草草甸约165万平方公里，其碳封存能力（褐藻年固碳量约 0.92 Pg C，海草 0.14-0.49 Pg C）被誉为“蓝碳”生态系统的核心。过去的研究多局限于区域尺度（如地中海海草衰退）或单一物种（如北大西洋海带），全球尺度的多物种综合模型仍属空白。
科学内涵
研究思路：该研究通过建模模拟 2015 至 2100 年间全球范围内 207 种海草和大型褐藻物种分布（褐藻185种，海草22种）的年际变化，结合三种碳排放情景（SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5），填补了这一领域的知识缺口，为理解全球气候变化下海洋生态系统的重构提供了定量框架。
研究团队收集了全球800119条大型褐藻和海草分布记录（来源包括在线数据库、植物标本馆和公民科学项目），筛选出207种褐藻和海草（覆盖已知海草物种的30%和褐藻的53%），排除光照不足区域（光合有效辐射<50 E·m²/年）及异常地理记录。利用CMIP6气候模型预测未来变化，获取了2015-2100年分辨率为0.5°×0.5°纬度/经度、三种碳排放情景（SSP2-4.5：乐观型，SSP3-7.0：中等型，SSP5-8.5：悲观型）下的月平均海表温度、气温、表层盐度、表层初级生产力、海冰覆盖率、表面入射短波辐射和深度等7个环境预测因子。采用随机森林算法，通过α-hull 程序定义物种现存分布范围，建立全球大型水生植物栖息地适宜性模型从而预测栖息地适宜性。模型验证显示出极高精度，其中海表温度、气温和光照为最显著驱动因子，贡献度超过60%。
核心发现：在中等型排放情景（SSP3-7.0）下，模型预测大多数海洋区域（温带北大西洋、太平洋和印度太平洋大部分地区、温带澳大拉西亚、温带南非、热带大西洋和温带南美）的大型褐藻的适宜栖息地范围（p > 0.6）将会下降，扩展范围仅限于北极、西印度太平洋和南大洋（图1）。相反，在温带的北大西洋、印度太平洋、温带的澳大拉西亚、温带的南非和热带大西洋，海草适宜栖息地的范围（p > 0.6）预计将会减少，而在温带的北太平洋和北极，这一范围将会增加（图1a）。从全球来看，适合大型褐藻的栖息地的比例将主要在北极（从2.7%增加到8.4%）、温带的北太平洋（从19.7%增加到26.5%）、西印度洋-太平洋（从1%增加到2.1%），而在温带的北大西洋（从41.2%增加到37.9%）、热带大西洋（从6.3%增加到0%）、中印度洋-太平洋（从2.6%增加到0.1%）和东印度洋-太平洋（从1.3%增加到0.1%）。全球适宜海草栖息地的比例将在温带的北太平洋（从10.5%到24.7%）和北极（从0到4.6%）大幅增加，而热带大西洋（从13.2%到1%）和中印度洋-太平洋（从11.9%到4%）预计将显著下降。
图1 排放情景SSP3-7.0中各海洋区域的适宜大型植物栖息地范围的变化（p > 0.6）。a: 使用机器学习方法计算了2015-2100年期间全球大型植物栖息地的适宜性，并应用阈值p = 0.6来确保所有区域至少包括一个适宜的单元。每个海洋区域内大型褐藻（紫色）和海草（粉色）的大型植物栖息地范围（km2）的变化，每5年汇总一次。b: 2015年至2100年各海洋区域适合大型水生植物生境的百分比比较，包括大型褐藻（上方柱状图）和海草（下方柱状图）。方括号表示全球总的适宜栖息地范围。在无扩散假设前提下（图2中的实线），褐藻到2100年，单个物种占用面积（Area of Occupancy, AOO）缩减5.8%（SSP3-7.0）至11%（SSP5-8.5），北大西洋和热带区域损失最显著。海草AOO缩减5.3%（SSP3-7.0）至10.4%（SSP5-8.5），地中海和澳大利亚东南岸退化严重。而在比例扩张假设前提下（图2中的虚线），褐藻因北极新适宜区受盐度下降和底质限制无显著补偿（扩张<1%）。海草在SSP3-7.0下扩张2.4%，主要来自加勒比海和温带北太平洋的新栖息地。排放强度越高，AOO损失越剧烈（SSP5-8.5下褐藻损失为SSP3-7.0的2倍）。5%的褐藻（如南极Durvillaea）可能完全丧失栖息地，而少数海草（如Thalassia）在热带扩张（图2）。图 2 平均水生植物占有面积的未来变化。大型褐藻（紫色；185个物种）预计比海草（粉色；22种）但比海草膨胀得少。实线代表大型植物当前占据面积的平均变化（假设没有超出物种出现范围的扩展）；虚线代表大型植物占用面积的平均预期变化，假设占用面积和气候适宜范围之间的当前比率保持不变（成比例扩展）；这允许扩展超越一个物种发生范围的极限。阴影区域表示95%的置信区间（上图中未显示比例膨胀轨迹）。上图显示了以平方公里为单位的预期变化；下图显示了相对于2015年的平均百分比变化。各栏对应不同的排放情景。
启示 1：宏体藻类基础研究具有重大的产业价值潜力。澳大利亚Torres Strait岛民的海草采集与北欧褐藻渔业生计历史悠久是重要的非物质文化遗产，东南亚有超过1亿依赖海草渔业的低收入人口，褐藻和海草也是目前和未来蓝碳产业的核心生物类别。目前已经有不少地区开展相关产业布局，如欧盟“海藻森林复兴计划”等，产业和生态效应十分巨大。我国是海藻养殖大国，也已经开始布局开展天然海藻和海草场的保护和修复工程。今年年初国家科技基础性工作专项“我国近海重要海草资源及生境调查”刚刚结题，《海洋生态修复技术指南》里也新增加了海草闯生态修复的专门部分。目前，与红树林和盐沼这些起步较早的蓝碳产业相比，“海底森林”目前刚刚起步，仍然处在蓝海阶段，有巨大的渔业和生态产业前景。
启示 2：宏体藻类是我室古今融合的演化的重要候选。宏体藻类化石是前寒武纪后生动物大爆发之前复杂生命的主要化石纪录，是真核原生生物早期演化的主要载体。华北中元古代和华南新元古代都有较为丰富的宏体藻类化石发现，我们实验室也有相关团队在过去数十年开展过详细研究，具有一定的材料和经验积累。同时我室也有开展海洋生态模拟实验和生物基因演化的团队，不同团队间针对宏体藻类开展跨学科合作，是实现“古今融合”的可能突破点之一。
——解读人：闫力纯、田力
——责任编辑：肖异凡
