近日，中國科學技術大學環境科學與工程系、極地環境與全球變化安徽省重點實驗室謝周清教授課題組與義大利比薩大學Carlo Baroni教授課題組合作在全新世企鹅種群盛衰對氣候變化的響應方面取得新進展。相關研究結果以“The occupation history of the longest-dwelling Adélie penguin colony reflects Holocene climatic and environmental changes in the Ross Sea，Antarctica”為題，在第四紀環境知名刊物Quaternary Science Reviews線上發錶。
企鹅是南極典型海洋生物，對氣候環境變化非常敏感。企鹅在海洋中捕食，在陸地繁殖，且位於南大洋食物鏈高端，一系列氣候環境因素均在企鹅生命週期中扮演重要角色，並通過物理、化學和生物過程影響企鹅的食物結構/豐度和棲息地適宜度等，並最終影響了企鹅種群盛衰以及分佈格局。近幾十年來，南極地區正在發生著顯著的氣候環境變化，這嚴重影響了企鹅的種群數量和棲息地分佈。觀測資料表明，南極半島的阿德利企鹅數量顯著下降，同時分佈範圍在向南收縮，已有多個繁殖種群完全消失。類比研究預測，如果溫室氣體仍以現時的速度排放，到21世紀末，將有80%左右的帝企鹅繁殖地瀕臨滅絕；而有70%的王企鹅被迫遷移到新的棲息地或者消失。
對歷史時期企鹅繁殖地分佈的研究表明，一些特定的繁殖地更能經受住環境變化的考驗，在不利的氣候條件下成為物種的避難所。南極羅斯海有著全球1/3的阿德利企鹅繁殖種群，與種群數量顯著下降的南極半島不同，羅斯海阿德利企鹅表現出穩定新增的趨勢。基因組學研究表明，羅斯海在末次冰盛期可能是阿德利企鹅在南極僅有的兩個避難所之一，但缺少早全新世企鹅存在的地質學證據。全新世以來，羅斯海企鹅繁殖地分佈經歷了巨大變化，伴隨著舊繁殖地的廢棄和新繁殖地的產生。而其中的恩克斯堡島是現時已知最古老的且唯一7000年來持續存在的繁殖地，極有可能是冰盛期以來企鹅最早的登入地點之一；而重建該島企鹅種群盛衰對氣候變化的響應，解析其長期穩定存在的原因，對於認識和預測未來氣候變化背景下南極企鵝聚落的敏感性和遷徙至關重要。
圖1恩克斯堡島阿德利企鹅繁殖地
為此，課題組依託我國正在建設的南極維多利亞地考察站，在第34、35、36次南極考察期間對恩克斯堡島廢棄企鹅繁殖地進行了詳細的網格調查和採樣，利用加速器質譜對獲取的大量企鹅糞土沉積剖面及殘體樣品進行14C定年，結合義大利比薩大學Carlo Baroni教授團隊過去30年獲取的相關樣品和數據進行了集成研究（圖2），發現阿德利企鹅在距今8600年首次在該島定居，是羅斯海自全新世以來最早的繁殖地，將企鹅種群持續存在的時間向前推了1600年，並與當地冰川消退的時間相當。得益於特拉諾瓦冰間湖提供的開放水域和豐富的食物來源，企鹅在冰退後立即在此地登入繁殖。
圖2恩克斯堡島企鹅廢棄繁殖地的時空分佈
研究團隊提出廢棄巢區年代和面積測定相結合的方法，系統恢復了全新世以來的企鹅種群數量變化和巢區遷移過程。發現距今7000-3000年間，恩克斯堡島的種群數量大致呈新增趨勢，在5500-5000和4000-3500年達到峰值。在3500-3000年的短暫下降後，企鹅種群3000-1500年間顯著擴張，與南部斯科特海岸大規模聚落廢棄相對應。羅斯海斯科特海岸在距今5-4千年遍佈企鹅繁殖地，卻在距今3-2千年大規模廢棄，關於廢棄的原因長期以來存在“變冷說”和“變暖說”兩種觀點。此前，謝周清課題組在企鹅糞土層中找到關鍵證據，提出“新冰期”變冷條件下區域海冰擴張和局部地形影響下的風和積雪新增是導致斯科特海岸廢棄的主要原因，解答了爭論已久的“企鹅消失之謎”，並系統重建了羅斯海歷史時期企鹅繁殖地分佈的演變過程（圖2）（Quaternary Science Reviews，264，2021）。在此基礎上，本研究提出特拉諾瓦灣冰間湖提供的無冰環境使其恩克斯堡島在近岸海冰擴張的時期接納了來自斯科特海岸的遷徙企鹅種群，致使企鹅數量大幅增加，成為了區域企鹅種群的寶貴避難所。論文指出，近幾十年羅斯海的近岸海冰呈現出新增趨勢，囙此恩克斯堡島等有冰間湖分佈的區域將會對企鹅種群的延續發揮更為關鍵的作用。
該論文第一作者為環境科學與工程系博士後高月嵩，謝周清教授和Carlo Baroni教授為本文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、科技部重點研發計畫、義大利國家南極等專案資助。南極野外考察工作得到國家海洋局極地考察辦公室支持。
論文連結：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2022.107494