繁殖是种群维持的关键，但在气候变化下，不同纬度物种的繁殖命运一直存在争议。对于变温动物（如蜥蜴）而言，体温随环境变化，能量“收入”（取食、消化）和“支出”（代谢）都高度依赖温度。中国科学院动物研究所孙宝珺研究员联合乔慧捷研究员，及中山大学、复旦大学、哈尔滨师范大学、杭州师范大学、海南师范大学等单位的科研人员，首次提出并验证了“繁殖能量窗口”（Reproductive Energetic Window, REW）的创新理论框架，通过跨纬度半自然控温实验与复杂的机制模型，揭示了在全球变化下高、中、低纬度爬行动物繁殖输出截然不同的命运。同时，这一成果也为两栖爬行动物的保护优先区划定提供了全新的评估工具。

相关成果以‘Reproductive energetic window’ determines reproduction under climate change: concept, latitude, and physiological mechanism为题近日发表于综合类国际期刊The Innovation。研究团队创新性地提出了“繁殖能量窗口”概念：即在雌性活动体温范围内，能量收入减去能量支出后，可用于繁殖的净能量总和。通俗地说，就是算一笔“繁殖账”，即在扣除生存维持成本后，还能剩下多少“本钱”用来产卵。关于能量代谢的温度适应，以往的“生态代谢理论”、“生活史代谢理论”和“能量崩溃”理论等，建立了温度与代谢率、各耗能生活史特征的能量权衡、温度代谢与生长等关系。“繁殖能量窗口”理论则以动态积分的方法，首次将代谢生理可塑性、能量动态与最终繁殖输出建立了联系（图1）。

为了验证繁殖能量窗口理论，研究团队选取了在中国大陆分布跨越热带至温带的草蜥属（Takydromus）三个近缘物种作为研究系统，即高纬度的黑龙江草蜥（温带），中纬度的北草蜥（亚热带）和低纬度的古氏草蜥（热带）。团队在三个物种的原产地建立了跨纬度半自然人工气候控制围栏（Semi-natural Climate Chambers Across Latitudes, SCCAL）（跨纬度约3400公里），分别模拟了当地的当前气候与温和气候变暖情景（SSP1-2.6）进行蜥蜴的温度驯化实验。通过测量雌性个体怀卵与不怀卵状态下的活动体温、喜好温度、代谢率及运动能力，并结合微气候模型和机制模型，量化了变暖气候及生理可塑性对繁殖能量窗口与最终繁殖输出的影响。

研究发现，高纬度和中纬度的蜥蜴在变暖环境下，能够通过下调静息代谢率、优化体温调节等生理可塑性，有效降低能量支出或维持能量收入。这使得它们的“繁殖能量窗口”显著扩大。在半自然围栏的实际测定中也发现，高纬度和中纬蜥蜴的年产卵频次和总卵数显著增加，成为气候变暖的“赢家”（图2）。当生理可塑性纳入以后，高纬蜥蜴的生殖能量窗口增加了17.24 kJ，足以在繁殖季多支持一窝卵，中纬蜥蜴增加了59.49 kJ，可以多支持两窝卵。而相比之下，低纬度蜥蜴代谢可塑性受限。它们无法有效调控代谢，导致在变暖环境下能量支出大幅攀升；同时，由于体温已接近运动的最适温度，变暖并未显著提升其捕食能力（能量收入未增加），最终导致低纬蜥蜴的“繁殖能量窗口”被压缩，繁殖输出停滞甚至面临下降风险（图2）。在气候变化情境下，低纬蜥蜴的生殖能量窗口减少了46.79 kJ，繁殖季预测将少了两窝卵，剩余能量也进一步下降。

通过整合机理模型和物种分布模型预测，如果考虑生理可塑性，气候变化下高纬度（如黑龙江草蜥）、中纬度物种（如北草蜥）在当前分布区内繁殖输出将整体增加或保持稳定，每年将增加1到8枚卵。相比之下，低纬度雌性气候变化下每年或将减少3到6枚卵繁殖输出，并且纬度越低下降幅度越大。相应的，低纬度物种将面临约65%的现有分布区因为其繁殖输出锐减（下降≥40%）而变得不再适宜种群存续（图3）。

该研究提出了“繁殖能量窗口”这一创新概念，并利用生态学、保护生理学和宏生理学等技术手段将宏观的气候变化与微观的生理代谢调控、能量分配以及种群繁殖命运紧密联系。研究结果提示，仅仅依靠物种分布模型来预测灭绝风险是不够的，必须考虑物种的“生理可塑性”和“能量预算”。保护应用中，“繁殖能量窗口”概念为识别气候变化下那些缺乏调节能力、面临“能量崩溃”的高危爬行动物提供了理论依据。此外，该研究也再一次建议在保护实践中，应优先关注低纬度分布且生理可塑性受限的类群或物种。

中国科学院动物研究所硕士毕业生陈姣姣、动物研究所联合培养硕士毕业生李星翰、哈尔滨师范大学讲师刘婉丽、深圳先进科学研究院副研究员金增光、杭州师范大学教授陆洪良和动物研究所特聘研究助理韩兴志等为共同第一作者；中国科学院动物研究所研究员孙宝珺为通讯作者，中山大学副教授马亮、中国科学院动物研究所研究员乔慧捷和复旦大学教授杜卫国为共同通讯作者；中国科学院动物研究所研究生吴丹阳、程坤明和汪佳欢，哈尔滨师范大学博士崔罗鑫和教授刘鹏，海南师范大学教授汪继超等参与了该研究工作。此项研究获得国家重点研发计划、自然科学基金项目、海南热带雨林国家公园研究项目和中国科学院青年创新促进会等资助。

原文链接 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675826003139

图1. 繁殖能量窗口概念解析图

图2. 繁殖能量窗口动态变化

图3. 气候变化下的繁殖输出改变与适宜栖息范围预测