ライフサイクルにおける熱的ボトルネックは、魚の気候の脆弱性を定義しています

Thermal bottlenecks in the life cycle define climate vulnerability of fish.

• Flemming T Dahlke
• Sylke Wohlrab
• Martin Butzin
• Hans-Otto Pörtner

抄録

気候変動に対する種の脆弱性は、最も温度感受性の高いライフステージに依存するが、魚類のような主要な動物群では、ライフサイクルのボトルネックが明確に定義されていないことが多い。我々は、観察、実験、系統的データを用いて、すべての気候帯に生息する694種の海洋および淡水魚類のステージ別の耐熱性指標を評価した。その結果、産卵期の成魚や胚は幼魚や非生産性の成魚に比べて常に許容範囲が狭く、気候温暖化に対して最も脆弱であることが明らかになった。段階特異的な耐熱性のシーケンスは、酸素制限仮説に対応し、心肺（好気性）能力の発生期の変化と極端な温度への耐性の間のメカニズム的なリンクを示唆している。生理学的速度（発生と酸素消費）の温度依存性と温度耐性の範囲の間の対数逆相関は、熱適応における基本的なエネルギー的トレードオフを反映していることが提案されている。最も重要なライフステージ（産卵期と胚）を考慮したシナリオベースの気候予測では、魚類のライフサイクルにおける重要なボトルネックとして、生殖に必要な温度が明確に示されている。2100年までに、シナリオに従った共有社会経済経路（SSP）に応じて、水温が繁殖の許容限界を超えることによって影響を受ける可能性のある種の割合は、10％（SSP1-1.9）から60％（SSP5-8.5）までの範囲である。したがって、野心的な気候目標（SSP 1-1.9）を達成するための努力は、多くの魚種と、健全な魚類資源に依存する人々に利益をもたらす可能性がある。

Species' vulnerability to climate change depends on the most temperature-sensitive life stages, but for major animal groups such as fish, life cycle bottlenecks are often not clearly defined. We used observational, experimental, and phylogenetic data to assess stage-specific thermal tolerance metrics for 694 marine and freshwater fish species from all climate zones. Our analysis shows that spawning adults and embryos consistently have narrower tolerance ranges than larvae and nonreproductive adults and are most vulnerable to climate warming. The sequence of stage-specific thermal tolerance corresponds with the oxygen-limitation hypothesis, suggesting a mechanistic link between ontogenetic changes in cardiorespiratory (aerobic) capacity and tolerance to temperature extremes. A logarithmic inverse correlation between the temperature dependence of physiological rates (development and oxygen consumption) and thermal tolerance range is proposed to reflect a fundamental, energetic trade-off in thermal adaptation. Scenario-based climate projections considering the most critical life stages (spawners and embryos) clearly identify the temperature requirements for reproduction as a critical bottleneck in the life cycle of fish. By 2100, depending on the Shared Socioeconomic Pathway (SSP) scenario followed, the percentages of species potentially affected by water temperatures exceeding their tolerance limit for reproduction range from ~10% (SSP 1-1.9) to ~60% (SSP 5-8.5). Efforts to meet ambitious climate targets (SSP 1-1.9) could therefore benefit many fish species and people who depend on healthy fish stocks.

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