图源：Kathy Servian on Unsplash
导读
每年秋季，一部汹涌澎湃的迁移大片城市在北美大陆上演，配角是生活在落基山脉东部的数以万万甚至亿计的帝王蝶。那些翅展仅约10厘米的虫豸，会三五成群地从美国北部、加拿大南部启程，扇动着标记性的橘黄色同党，飞往数千公里外的墨西哥山林里越冬。
然而，帝王蝶的数量在过去三十年里呈现了大幅下降，目前的种群规模相关于1990年代的顶峰期萎缩了近90%。为领会释那一现象，科学家们提出了三种假说，“嫌犯” 别离涉及除草剂、迁移不测和天气变革。7月19日颁发在《天然·生态与演化》的一篇论文，对三种假说停止了查验，成果发现，繁衍季的天气变革可能是形成帝王蝶种群规模下降的 “实凶”。
撰文 | 夏志坚
责编 | 冯灏
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生活在美洲地域的黑脉金斑蝶大要是地球上最为人知的蝴蝶之一，它有一个响当当的名字 “帝王蝶”（monarch butterfly）。一个传播甚广的说法是，那种蝴蝶耀眼的橘黄色同党令初到北美大陆的欧洲殖民者想到了成立丰功伟业的奥兰治王子（Prince of Orange，也即后来的英格兰国王威廉三世），“帝王蝶” 因而得名 [1]。
做为独一一种迁移性蝴蝶 [2]，每年秋季，数万万甚至上亿只散布于落基山脉东侧的帝王蝶（即东部帝王蝶）会从加拿大南部、美国北部南下数千公里到墨西哥中部的山林里越冬。
帝王蝶南下迁移途径 | 图源：fs.usda.gov
比及次年二、三月气候回暖之后，帝王蝶们又会一路北上，重回故乡。美国得克萨斯州中部是回程第一站，在那里它们将产下本身的第一代子女。随后，第一代子帝王蝶将在5月到6月期间继续北上至美国北部和加拿大南部，在那里，它们会产下第二代以至第三代帝王蝶。到8月末，重生的帝王蝶们会从头踏上本身祖先已走过万万次的道路，回到位于墨西哥中部的越冬地 [3]。
帝王蝶北上迁移途径 | 图源：fs.usda.gov
数代帝王蝶每年接力完成数千公里的逾越，是地球上最为宏大的迁移壮景之一。然而，如斯恢弘的场景在将来可能将不复存在。
过去三十年，帝王蝶的数量大幅下降，以至可能到了无法维系种群的地步。1990年代中期，东部帝王蝶在墨西哥山林的笼盖面积曾到达18.19公顷，然而在刚刚过去的那个冬天，笼盖面积只剩下2.1公顷，三十年不到的时间，种群笼盖面积萎缩了近90%。
因为迁移的东部帝王蝶数量浩瀚，统计可靠的个别数量难以实现，科学家因而以其在越冬地的笼盖面积评估种群规模及年际变革 [5]。科学家们估量，要维持东部帝王蝶的一般更替，其种群笼盖面积至少应到达6公顷 [4]。
帝王蝶种群笼盖面积近年来持久低于6公顷的临界点 | 图源：Monarch Joint Venture
到底是什么形成了帝王蝶数量急剧下降呢？目前次要有三种假说：乳草受限假说、迁移存活假说以及天气变革假说。
最为有名的是乳草受限假说（milkweed limitation hypothesis），该假说认为帝王蝶种群数量的变革，尤其是1990年代晚期的急剧下降，缘于乳草动物——帝王蝶的寄主动物和幼虫独一的食物来源——大范畴的消逝。
在美国，乳草动物的散布范畴常与农业区重合，而自上世纪90年代起，因为引入抗草甘膦的转基因农做物，农户起头大量利用草甘膦除草剂，乳草动物随之削减，与此同时，帝王蝶的种群数量也猛烈下降。
迁移存活假说（migration survival hypothesis）将原因归为帝王蝶秋季迁移或在越冬地点从头定居的失败。因为帝王蝶越冬种群数量明显下降，但在夏日繁衍地数量则相对不变，一些科学家推测，可能是秋季迁移途中，花蜜缺乏、种群染病或越冬栖息地的削减形成了整体种群数量的下降。
天气变革假说（climate change hypothesis）则认为是春季/夏日的天气变革对帝王蝶种群更替形成了冲击。一方面，繁衍季温度和降水的变革会影响幼虫的发育和存活率；另一方面，天气变革也可能通过改动乳草动物的散布、生长周期和丰硕水平对帝王蝶种群形成间接影响。夏日帝王蝶种群规模已被证明与气候前提有关，而在帝王蝶春夏繁衍地的南端，气候前提正变得越来越不适宜其与寄主动物共存。
最新一项研究对那三种假说停止了查验。由来自密歇根州立大学、乔治城大学、全美奥杜邦协会、世界天然基金会等机构的科学家构成的研究团队操纵条理模子（hierarchical modelling）阐发了1994-2018年间超越18000次的帝王蝶系统性查询拜访数据，成果发现，繁衍季的天气变革是形成帝王蝶种群规模下降的次要因素，尤其是在2004年之后，重要性几乎是其他因素的7倍。那一研究功效颁发在了7月19日的《天然·生态与演化》（Nature Ecology & Evolution）上。[3]
为了确定每一种假说关于解释东部帝王蝶种群数量变革的有效水平，研究人员搜集了1994年-2018年每一个迁移周期中成年帝王蝶种群规模和季节性压力因素数据。
帝王蝶种群规模数据既包罗冬季越冬地的数据，也包罗夏日繁衍地的数据。需要申明的是，因为东部帝王蝶夏日繁衍地数目浩瀚，在2004年之前被纳入统计的地点只要301处，之后因为多个庇护项目标启动，统计地点扩展到了773处，因而，研究人员将得到的数据分为了1994年-2003年和2004年-2018年两个时段，并在此根底上将每一时段的种群数据进一步细分为春夏繁衍季（2月-8月）和迁移越冬季（8月-12月）两个部门。
操纵贝叶斯条理模子，研究人员构建了两个方程：方程1成立了夏日帝王蝶种群规模与晚冬帝王蝶种群规模、得克萨斯州东部春季气温、降水以及整个夏日繁衍地的气温、降水、草甘膦利用情况等因素间的关系；方程2则成立了初冬帝王蝶种群规模与夏日种群峰值规模、秋季可供食用的花蜜数量以及越冬地丛林面积间的关系。
成果发现，在2004年-2018年那段期间，天气变革假说比拟于别的两个假说在解释夏日帝王蝶种群规模变革上要有力得多：春夏两季的气候前提关于夏日帝王蝶的种群规模影响最为明显，其相对重要性是其他影响因素加在一路的6.9倍。
2004年-2018年，影响夏日帝王蝶种群规模各因素的相对重要性 | 图源：Zylstra, Erin R., et al.
虽然研究成果表白夏日种群规模与草甘膦的利用呈负相关，但是草甘膦带来的影响显著小于繁衍季气候的影响，不敷以解释帝王蝶夏日种群规模的变革。现实上，从下图能够看出，草甘膦的利用率在2004年到达高点之后，在接下来的15年里都连结相对不变，而帝王蝶的种群数量却继续鄙人降。
在墨西哥越冬的帝王蝶种群规模与美国中西部草甘膦利用情况 | 图源：Zylstra, Erin R., et al.
至于冬季种群规模，研究人员发现其与夏日峰值种群规模高度正相关，而不太受秋季可供食用花蜜的数量和越冬地丛林面积的影响。同时，研究人员也发现，秋季迁移途中的灭亡并非形成帝王蝶种群数量下滑的次要原因。
2004年-2018年，影响冬季帝王蝶种群规模各因素的相对重要性 | 图源：Zylstra, Erin R., et al.
因为数据的缺乏，难以确定1994-2003年那一时间段内影响帝王蝶种群规模的次要因素，不外模子阐发的成果同样将繁衍季的气候前提归为重要的驱动因子。
结论由此得出：帝王蝶越冬种群规模与其夏日种群规模亲近相关，而夏日种群规模又遭到繁衍季气暖和降水等气候前提的影响，因而，天气变革是形成近15年来帝王蝶种群数量灾难性削减最重要的因素。
研究人员进一步阐发，按照天气模子的预测，帝王蝶春季和夏日大部门繁衍地的情况温度还将持续上升，将来或许将不再适宜帝王蝶保存，那可能会让帝王蝶的种群规模进一步下降。
采纳动作减缓天气变革已经迫在眉睫。“那项研究的良多方面都不是好动静。但是在理解一个物种衰退原因的过程中，也蕴含了希望：对此我们仍是能做点工作”，指导那项研究的密歇根州立大学博士后研究员艾琳·兹尔斯特拉（Erin Zylstra）说，“我们做那项研究不单单是要弄清晰事实是什么原因形成了帝王蝶种群数量的急剧下降，并且也要领会如何能让情况变好。”
“那项研究让我们晓得应该把有限的资金用到哪里”，兹尔斯特拉说。[6]
参考材料
[1] https://www.nps.gov/articles/netn-species-spotlight-monarch.htm
[2]https://www.fs.fed.us/wildflowers/pollinators/Monarch_Butterfly/migration/
[3] Zylstra, Erin R., et al. "Changes in climate drive recent monarch butterfly dynamics." Nature Ecology & Evolution (2021): 1-12.
[4]https://monarchjointventure.org/blog/eastern-monarch-population-declines-26
[5]https://blog.nwf.org/2019/02/how-the-monarch-butterfly-population-is-measured/
[6]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-07/msu-wit071621.php
