去年，研究小组记录了莫哈韦沙漠上个世纪鸟类群落的崩溃——100年前存在的135种鸟类中，有29%在今天不那么常见和不那么广泛——现在已经确定了一个可能的原因:与气候变化相关的热应激。

研究人员的最新发现是加州大学伯克利分校格林内尔调查项目的一部分，来自于将物种下降的水平与计算机模拟的“虚拟鸟类”如何在死亡谷平均炎热的日子里应对热量的比较，死亡谷的平均炎热天气可能在30摄氏度(90华氏度)左右，湿度很低。现在的平均温度比100年前高出2摄氏度(3.6华氏度)。该模型预测，与100年前相比，今天需要最多额外水的鸟类，是过去一个世纪在莫哈韦沙漠中数量减少最多的物种。这片沙漠横跨加州和内华达州的边界。

最受威胁的是大型鸟类，以及那些以昆虫或动物为食的鸟类。

“我们经常认为气候变化可能会在未来导致大规模死亡事件，但这项研究告诉我们，已经发生的气候变化太热了，在某些地区，动物无法忍受已经发生的变暖和干燥，”加州大学伯克利分校博士后学者埃里克里德尔说。

虚拟鸟类模拟的独特之处在于，它使研究人员能够识别出沙漠中鸟类离开阴影觅食或寻找配偶时日常生理压力源(热量)的影响。环境变化的其他方面，如食物来源和火的变化，只会增加热应激。

加州大学伯克利分校环境科学、政策与管理教授、伯克利脊椎动物博物馆研究员、资深作者史蒂文·贝辛格(Steven Beissinger)说:“这是第一批直接将气候变暖、变干导致的生理需求增加与生物多样性变化联系起来的研究之一。”“之前的大多数研究都没有发现气候变化和生物多样性变化之间的直接生理联系，生物多样性变化通常是通过食物网或竞争物种的变化来调节的。我们的研究指出，气候变化的直接影响是通过增加蒸发冷却所需的水分来保持体温在舒适区。”

根据贝辛格的说法，研究小组关于加利福尼亚和内华达沙漠鸟类的结论可能适用于世界其他地区的物种。

他说:“随着气候变化，更温暖、更干燥的环境预计会蔓延，所以我们可能会看到，在很多地方，鸟类对这种蒸发水的需求会增加。”“其中一些影响可能不仅仅局限于沙漠。对于不喝水的食虫动物来说，在炎热的沙漠或炎热的家乡(比如亚特兰大)喝水有什么关系吗?随着气候变暖，我就不那么确定了。”

贝辛格、里德尔和他们的同事将在本周发表在《科学》杂志上的一篇论文中详细介绍他们的发现美国国家科学院院刊．

“格林内尔调查项目”是加州大学伯克利分校的生物学家约瑟夫·格林内尔和他的同事在1904年至1940年期间在脊椎动物博物馆访问了加州各地的野生动物，历时15年，旨在重新审视和记录这些野生动物。一个多世纪以来该州哺乳动物和鸟类生活的比较揭示了迄今为止气候变化造成的变化，并为未来几十年随着全球变暖的持续可能发生的事情提供了见解。

喘气和规律性的颤动

和人类一样，鸟类也会调节体内温度，使其保持在舒适的范围内。但他们不会流汗。像狗一样，它们会喘气，但也会振动喉咙肌肉，这就是所谓的规律性颤动。由此产生的气流和蒸发水的增加使它们冷却下来。

然而，温度越高，它们就需要呼出越多的水来降低体温。研究小组计算出，由于过去100年来莫哈韦沙漠的温度上升了2摄氏度，像哀鸽这样的大型鸟类今天需要多10%到30%的水来保持凉爽。

根据加州大学伯克利分校的分析，以昆虫或其他动物为食的鸟类更容易受到蒸发失水变化的威胁，因为它们通常从食物中的水分中获得所有的水分。他们很少喝地表水，如果有的话。需水量增加30%意味着大型鸟类每天必须多抓60到70只虫子才能在高温下生存。即使这些虫子在附近，鸟类仍然需要花费额外的精力和时间来寻找它们。

由博士后研究员凯利·伊克纳扬(Kelly Iknayan)领导并于去年发表的研究小组的实地调查证实了这一预测:美国红隼、草原猎鹰和土耳其秃鹫都是大型食肉动物，数量减少了，同样减少的还有大型食虫动物，如白喉雨燕、紫绿燕子、橄榄边蝇、西部草地鹨和西部蓝鸟。

根据该模型，以种子为食或杂食的小型鸟类受到的威胁较小。事实上，早期的研究表明，在过去的一个世纪里，莫哈韦沙漠的小型食虫动物——蓝灰捕蚊鸟、红宝石冠小雀、山山雀、黑尾捕蚊鸟、黑喉麻雀、绿脚雀和峡谷鹪鹩——遭受的伤害要小得多。

食草鸟类，如食籽鸟，面临着不同的问题。因为它们可以饮用地表水——沙漠绿洲中的泉水和池塘，它们可以补充从食物中获得的水分。但前提是周围有水。即使是莫哈韦沙漠的保护区——死亡谷、约书亚树国家公园和莫哈韦国家保护区——也因为气候变化和附近城市和农业地区抽取地下水而变得越来越干燥。莫哈韦国家保护区是进行鸟类调查的地方。因此，这些食籽动物也面临着因高温而死亡的风险。

研究小组对这些公园里的鸟类进行的调查证实，在过去的一个世纪里，在水源开放的地区，大多数种子动物受到气候变化的影响较小。

“对于以植物为食的动物来说，这更二元:一个物种在过去100年里能否在一个地方存活下来，更多地与地表水的存在与否有关。”“如果你能喝，你比你不能喝要好，”里德尔说，“对于以昆虫为食的动物来说，这更多地取决于冷却的程度，这是由体型和羽毛吸收能力决定的。一个物种对水的需要量越大，其衰退程度就越高。因此，气候变化对鸟类群落的不同成员有不同的表现方式。”

研究人员指出，一些鸟类通过向北或上山寻找更凉爽的栖息地来适应更热的温度，而另一些鸟类则将它们的活跃筑巢期提前，以避免夏季更热的温度。一些物种甚至变得更小，减少了它们对水的需求。但鸟类只能缩小到一定程度。

里德尔说:“我们探索了这种可能性:鸟类需要多小才能保持同样的压力水平。”“这很可笑，大概小了35%到50%。这是不可能的，它太小了。”

虚拟的鸟

里德尔有物理学背景，他在计算机上模拟了50种不同沙漠鸟类的热平衡，并从脊椎动物博物馆的标本中获得了每种鸟类的物理数据。这些数据包括羽毛的大小、反射率、羽毛的长度以及背部和腹部羽毛的深度。他将该模型的预测结果与圈养鸟类的热平衡数据进行了比较，并与研究人员对鸟类物理模型的实验进行了比较，其中包括阿尔伯克基新墨西哥大学的合著者布莱尔·沃尔夫。

然后，他运行了这个模型，在不同的温度下，为每种鸟类改变条件——从整天呆在阳光下到整天呆在阴凉处。死亡谷保持着地球上最高的温度记录:1913年达到华氏134度。

从这些虚拟实验中，里德尔和他的同事们能够很好地估计出与100年前相比，今天每种鸟类蒸发冷却所需的额外水量，以及这些鸟类在未来不同气候变化情景下需要的水量。

毫不奇怪，如今更大的鸟类需要更多的水，它们代表了自20世纪初以来受影响最大的许多物种。里德尔预测，在气候变化的最坏情况下，到本世纪末，像哀鸽这样的大型鸟类可能需要近两倍于通常摄入量的水来保持足够的凉爽，以在沙漠的高温中生存。

里德尔说:“人们一直在关注鸟类的致命阈值，但我们的衡量标准是千刀万枪:鸟类每天都要应对的经常性冷却成本。”“根据凯利的工作，我们看到格林内尔一个世纪前去过的沙漠地区的物种多样性减少了50%。这不是未来什么时候会发生的问题，而是理解我们已经做了什么，已经发生了什么。”

加州大学圣克鲁兹分校的Barry Sinervo也是这篇论文的合著者。本研究由美国国家科学基金资助(1457742)。