經過半個多世紀的數據監測，科學家觀察到，由于氣候變暖，常見的濱鳥體型在縮小，喙長卻不斷延長；還有科學家發現，隨著環境變化，“一夫一妻制”的雪鹱“離婚”和“寡居”概率也會改變……這些有趣的變化是緩慢發生的，如果沒有長期監測，我們就無法覺察。
近期，《生態快報》出版了一本專刊，名為“超長期研究的生態和進化見解”，共收錄了18篇跨度為20至54年的生態學數據監測研究，涉及鳥類、植物、昆蟲和海洋物種，呈現了不同生命形式如何在長時間尺度上響應環境變異和人為壓力。
在生態學領域，這樣的研究是少數，但它們對于理解自然系統的復雜性至關重要。值得注意的是，作為世界上生物多樣性最豐富的國家之一，這本專刊中并未出現來自中國的研究。
我們為什么要關注長期生態監測？中國在該領域的研究現狀如何？
《生態快報》專刊封面氣候變化制造鳥類情感“障礙”
加州大學圣巴巴拉分校博士后孫瑞姣一直對鳥類的“情感關系”很著迷。
20世紀90年代的研究顯示，漂泊信天翁夫妻是忠貞的模范愛侶，相伴一生從不離婚。然而，孫瑞姣和團隊對1959年起的長期監測數據分析發現，其實漂泊信天翁的離婚率高達12%～13%，在“一夫一妻制”物種中，這個比率并不算低。
正是基于長期觀測數據，孫瑞姣揭露了漂泊信天翁也會“背叛愛侶”的事實。
而后，孫瑞姣又把目光對準了“一夫一妻制”的海鳥——雪鹱，發現這些“南極精靈”的情感軌跡也比過去認知的復雜。以孫瑞姣為一作，這項研究成果被收錄在這期專刊中。
孫瑞姣與團隊通過分析長達54年的雪鹱婚配關系動態與氣候環境變化的關系，找到了一些重要規律。
未來，隨著氣候變暖的加劇，海冰面積減少，會給雪鹱雌鳥造成很大的捕食困難。由于雌鳥的體型比雄鳥小，在捕食競爭時處于下風，存活率更低，因此，雄鳥喪偶寡居的情況就會增加。
此外，雪鹱的巢穴一般在巖隙石縫中，當降雪增多，巢穴環境變得惡劣時，就會給雛鳥的孵化帶來壓力。一旦孵化失敗，為了提高未來孵化的成功率，雪鹱個體就會傾向于換一個配偶。并且，在惡劣的氣候條件下，無論之前的繁殖成功與否，雪鹱的離婚率也會增加。
離婚與喪偶都會給雪鹱繁殖后代帶來消極作用，進而影響整個種群的發展。
“雪鹱每一段新感情的建立要花3到4年，且一次繁殖只產一枚蛋，對于這種壽命長達五六十年、生活史緩慢的海鳥來說，要想研究它們的配偶關系動態，必須依靠長期穩定的監測數據支撐。”孫瑞姣強調。
在這項研究中，團隊使用了1000多只被捕獲、標記、監測的雪鹱個體數據，而這些數據是來自法國的一項長期的鳥類監測項目，科學家每年11月至來年2、3月會駐扎在南半球的雪鹱繁殖地，對成鳥進行標記、定位，其間還會反復查看巢穴情況。
“雪鹱是一種對氣候環境變化響應強烈的物種，結合長期的觀測數據分析，可以為了解其他生活史緩慢物種過去及未來如何響應環境變化提供參考。”孫瑞姣建議，在未來制定針對類似生活史緩慢物種的保護政策時，應考慮種群性別結構所帶來的配偶繁殖相關的影響。
生態學和演化生物學的“金礦”
正如這本專刊的社論所說，“生態和進化過程本質上是動態的，通常是由發生在超出大多數研究時間尺度的過程所驅動”。這不意味著短期研究就是無用的，但它們很可能僅僅捕捉了自然界復雜過程的片段，從而忽視了長期模式、反直覺的相互作用和延遲響應。
然而目前在生態學領域，連續10年的研究已經難能可貴，持續20年以上基本可以稱為長期研究。在中國科學院植物研究所研究員馬克平看來，能稱得上超長期研究的應當追求超過五十年甚至上百年的監測目標。
這些長期甚至超長期的監測數據是生態學和演化生物學的“金礦”。
武漢大學生命科學學院教授盧欣解釋，對于動物物種而言，對一個種群內的個體進行識別、長期追蹤其繁殖及行為性狀、建立家譜是長期研究的核心。“基于長期研究，我們才能回答動物生活史的進化、衰老、社會動態等科學問題。”
對于生命周期超長的植物來說更是如此。馬克平強調，尤其是對森林林地的長期監測，可以更準確地揭示森林結構、物種相互作用、群落組成、種群動態和對環境變化的響應，這對于預測全球氣候變化和生物多樣性危機在未來幾十年的發展至關重要。
從演化視角來看，幾十乃至上百年的時間尺度不過只是短短一瞬。但在全球變化與人為壓力下，許多物種已經發生了短期的適應性變化，甚至幾十年也可能催生新的物種。
中國科學院植物研究所研究員徐武兵說，以路邊常見的“三葉草”——白車軸草為例，科學家發現，由于城市化進程的壓力，郊區和城市白車軸草中一類高度保守的防御性基因已經顯現出差異，且沿城市－郊區的梯度變化。
隨著時間的推移，長期研究還能夠考察僅在幾代之間發生的變化如何影響宏觀進化模式，從而調和生態學與演化生物學的時間尺度。
此外，專刊社論還提到，長期監測在檢測趨勢、預測未來變化、制定保護與管理策略方面也發揮著不可替代的作用。
近十多年來，全球范圍內的生態學長期研究還是越來越受到關注。徐武兵特別提到，國際上一些開放數據庫如全球生物多樣性時間序列數據庫（BioTIME），歐洲再調查（ReSurveyEurope）、 地球生命力指數（Living Planet Index）等，收集了全球不同類群與生態系統的數據，已經形成了具有影響力的長期數據集。
是什么阻礙了長期研究
盡管長期的生態學研究極其重要，但在國內它仍面臨著許多挑戰。
盧欣關注到這樣一個想象，2024年中國對世界的科技熱點論文的貢獻近50%，但其中涉及長期、個體基礎的野外研究幾乎沒有。
馬克平指出，中國涵蓋的氣候梯度和生態系統十分全面，但國內現有的生物多樣性監測站點還比較少。“目前我們對重點物種如東北虎豹、金絲猴等明星旗艦物種開展的長期監測是好的開端，但它無法覆蓋更廣泛的物種。”此外，他還提到，在傳統的森林樣方調查中，樣地面積小、無重復，數據的科學價值有限。
“由于國內在長期生態學研究的部分數據尚未整合、形成較大影響力，現有監測數據對國際數據平臺的貢獻有限。”馬克平坦言。
在談到這期專刊中為何沒有中國的成果，馬克平認為，這本專刊更多關注的是動物種群動態，而國內在森林監測方面的研究相對更成熟。
早在2004年，中國森林生物多樣性監測網絡（CForBio）建立了中國第一個森林大樣地，至今已有20年的數據積累，此后，該網絡又陸續建立了30個大樣地，形成了中國氣候帶譜齊全的格局。
“CForBio突破了傳統的樣地調查概念，成為了通過生物相互作用理解生態系統維持機制的研究平臺。”對于如何推進長期研究，馬克平強調了平臺建設的重要性。截至2023年底，基于CForBio平臺的監測數據已陸續發表研究論文近840篇。但他直言，CForBio一直靠著兩三百人自發的科研動力在推動。
長期的生態學研究之所以困難重重，馬克平認為，日復一日的觀測可能導致研究者失去興趣，而缺乏長期穩定的項目經費支持是阻礙這類研究的重要因素。
“希望未來能有新型的資助模式出現，能夠直接把資助給到團隊和平臺開展長期監測，且不要求短期發文數量。”馬克平告訴《中國科學報》，只要有長期穩定的投入，科研產出是水到渠成。
盧欣則指出，如今新學科的興起與科學評價標準導致研究者更傾向于短期快速的研究，而不愿意坐“冷板凳”。在他看來，生態學長期研究的破局更需要個人的勇氣和情懷。
盧欣團隊研究青藏高原一種特有鳥類地山雀已經有20年，最長的種群已經被監測15年。同時，他和團隊在青藏高原近50個研究點獲得了地山雀的野外數據，這種時空尺度上的工作是獨一無二的。
“我經常跟我的學生說，我們實驗室給學生帶來的最大福利就是走進青藏高原，在理性的探索中體驗感性的人生。”
相關論文信息：
https://doi.org/10.1111/ele.14555
https://doi.org/10.1111/ele.70049
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