全球氣候變化對動物的生物多樣性構成了重大威脅。由於保護生物多樣性的資源有限，評估氣候變化對不同緯度動物的威脅過程和格局，並了解其潛在的行為和生理調節機製，對於製定氣候變化下的生物多樣性保護對策具有重要的實踐意義。然而，目前探究動物對氣候變化響應的緯度模式的研究十分匱乏，嚴重影響了氣候變化下物種的脆弱性評估以及多樣性保護。導致這一現狀的主要原因在於能夠在大尺度上進行氣候變化的生態模擬的實驗裝置嚴重空缺。

為了應對這一挑戰，必威精装版app西汉姆联 孫寶珺團隊開展廣泛合作，結合各地區氣候特征，開創性地建設了跨緯度半自然人工氣候控製與實驗係統（Semi-Natural Climate Chambers Across Latitudes，SCCAL）。SCCAL是在國家重點研發計劃、國家自然科學基金以及動物所自主部署項目的支持下，由必威精装版app西汉姆联 、海南師範大學、杭州師範大學和哈爾濱師範大學的合作指導下建立的。該係統將為小動物行為和生理生態學以及局域適應性的研究提供平台，為氣候變化下動物種群監測與調控以及生物多樣性保護奠定重要的實驗基礎並提供創新性的研究方法與思路。

SCCAL是一種資源節約型實驗基礎設施，旨在複現生態係統複雜性的前提下，跨越大尺度緯度範圍進行氣候變化的環境因子模擬和操作。目前，SCCAL由三個跨越了27.2°緯度和3393公裏的半自然人工氣候室組成：高緯度（北緯45.87°，東經126.56°，溫帶地區，海拔116米）、中緯度（北緯30.32°，東經120.40°，亞熱帶地區，海拔34米）和低緯度（北緯18.66°，東經109.93°，熱帶地區，海拔674米）（圖1）。SCCAL可容納從土壤微生物到小型脊椎動物等多種陸地生物，用於物種飼養、行為和生理特征測定以及適合度評估等，滿足了在自然條件下模擬大尺度緯度範圍氣候變化的野外實驗設施的迫切需求。

每個緯度的係統占地麵積為120平方米，地上體積為288立方米（15米×8米×2.4米）。係統外圍主要由混凝土地基和不鏽鋼網組成：混凝土地基向地上和地下各延伸0.3米，以支撐鋼架和不鏽鋼網的結構；可拆卸式不鏽鋼網結構，網格大小為1厘米孔徑。每個緯度的係統由8塊3米×3米的斑塊構成，各斑塊由不鏽鋼板環繞。不鏽鋼板高度為1.2米，其中0.5米嵌入土壤，0.7米高出地麵，以有效圍住研究對象。地上不鏽鋼網可防止鳥類捕食者的幹擾，而地下的混凝土地基以及深埋的不鏽鋼板可防止齧齒動物等小型捕食者的幹擾，同時可確保研究物種被控製在每塊區域內，無法通過地下通道逃逸。不鏽鋼網能將體型大於1厘米×1厘米的昆蟲排除在外。因此，SCCAL的設置可以精確控製捕食者的影響以及每個斑塊內的大部分食物來源（圖2）。

SCCAL係統能夠在不依賴額外電力和水資源供應的情況下，根據實驗設計對每個斑塊的光照度、溫度和土壤濕度等的非生物環境因素進行單獨的生態調控。每個斑塊還可以通過移植植被來模擬研究生物的自然微生境。SCCAL的主要目標是模擬不同氣候變化情景下的溫度環境。因此，各斑塊可通過調節遮陽網或塑料薄膜的麵積對溫度進行調整，以反映當前氣候或氣候變暖情景。其中，遮陽網可模擬自然微生境中高大植被提供的自然遮陽，從而促進飼養生物的行為體溫調節。與此相反，塑料薄膜可以提供溫室效應為斑塊創造加溫的氣候條件，並且薄膜上的圓孔可以使降水通過，以確保土壤濕度的控製。通過調節的遮陽網和塑料薄膜覆蓋比例（0%-100%），各斑塊可精確控製溫度，從而模擬當前的氣候條件和不同變暖情景下的溫度環境。每個斑塊的中心放置環境數據記錄器，以記錄溫度、空氣濕度和光照強度等環境參數（圖3）。

SCCAL建立之後，通過條件摸索，目前實現了各項環境參數的精準模擬。各緯度的當前氣候斑塊的遮陽網麵積在 40%-45%之間時與自然微生境隨機位置的溫度環境一致性。根據IPCC的預測，氣候變暖的速度會隨著緯度的升高而加快，高、中、低緯度的當前氣候斑塊和氣候變暖斑塊之間的溫度差異分別設置為2.06 ± 0.06°C、1.73 ± 0.07°C和1.30 ± 0.05°C。同時，這些差異也與溫和氣候變暖情景（SSP 1-2.6,1.3-2.4°C）相一致。土壤濕度監測數據顯示，所有緯度地區雨天的土壤濕度都顯著高於晴天的土壤濕度。然而，無論天氣條件如何，遮陽網和塑料薄膜對溫度的調節並不影響土壤濕度（圖4）。

通過一係列的實驗研究，SCCAL被證實是方便、穩健且資源節約型的人工氣候控製和實驗係統。建立SCCAL之後，高、中、低緯度的氣候控製係統分別開展了以中國大陸草蜥物種為研究對象的實驗研究。通過實驗發現，SCCAL當前的溫度、濕度和光照等環境因子設置能夠確保中國大陸草蜥的胚胎發育速率、胚胎孵化成功率、幼體生長率、幼體存活、成體存活以及繁殖等特征既能夠反映出野外自然種群的特征，又能在實驗因子控製的範圍內進行可塑性響應。此外，SCCAL還可容納多種陸生生物，包括土壤微生物和土壤動物、小型植物、昆蟲和小型脊椎動物。當前SCCAL係統中自然存在的生物包括蚯蚓、螞蟻、蜘蛛、蟋蟀和蝗蟲等，未來如果有需求，我們可以為這些生物提供適當的植被、躲避場所和微生境以開展實驗研究。

確定氣候變化下最脆弱的地區和物種，是實施氣候變化下的生物多樣性保護的重要前提。SCCAL 提供了實用的基礎設施和方法，可用於評估不同緯度生物在氣候變化下的脆弱性，並在氣候環境模擬過程中更具生態相關性，且減少了對水電資源的需求。利用SCCAL這一創新型基礎設施，未來研究人員可以構思嚴格的生態實驗，揭示關鍵的緯度模式並檢驗與氣候變化相關的創新假說。

SCCAL詳細信息及相關研究成果近日發表於《先進科學》（Advanced Science），必威精装版app西汉姆联 孫寶珺研究員與杜衛國研究員提出了SCCAL的最初概念、並領導了SCCAL的建設和相關研究，為論文的主要通訊作者。杭州師範大學的陸洪良教授、溫州大學的張永普教授、海南師範大學的汪繼超教授、哈爾濱師範大學的劉鵬教授分別負責不同緯度SCCAL係統的運轉和維護，為本論文的共同通訊作者。必威精装版app西汉姆联 的韓興誌博士，海南師範大學的程坤明博士，哈爾濱師範大學的崔羅鑫和劉婉麗博士，溫州大學的李星翰碩士和李樹然博士，中央民族大學的吳丹陽博士，海南大學的郝馨博士和李帆碩士和南京農業大學的李滕博士參與了SCCAL的運轉和相關研究工作，為該論文的共同作者。SCCAL的建立及相關研究得到科技部重點研發(2022YFF0802300)、國家自然科學基金(31720103904、32271572、32071511)、海南省科技專項基金（ZDYF2023RDYL01）、中國科學院青年創新促進會優秀會員（Y2023021）、必威精装版app西汉姆联 自主部署項目（2024IOZ0107）等資助，在此一並致謝。

  原文鏈接：https://avanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202414185

圖1. SCCAL係統的地理位置

圖2. SCCAL係統的設計與組裝

圖3. SCCAL係統的運行原理

圖4 SCCAL係統的溫濕度控製