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張俊偉、謝志豪

由臺大海洋所謝志豪教授與國家理論科學研究中心張俊偉博士所帶領的國際團隊發現，長期暖化如何藉由削弱與生物多樣性交互關聯的因果網絡 (causal network)來影響水域生態系的穩定性。這項研究成果於2020年10月20日發表在《全球變遷生物學》（Global Change Biology）期刊上，提供了解決長久以來科學家對於暖化如何影響生態系統穩定性之爭論所需的實證分析。他們的研究成果針對探討生物多樣性與其耦合的生態系網絡如何影響生態系穩定性這個議題提供了全新的機制。而這些研究結果對於生態系統的管理具有重大意義。

了解生態系統對於氣候變遷的反應，需要一個整體的網絡觀點清楚闡明系統中生物多樣性、生產力與物化環境之間的交互作用與回饋網路。此與傳統觀點不同之處，在於傳統的觀點大多僅著墨於個別的生態系統特性（例如生物多樣性或環境因子）或個別的相關性（例如生產力與養分之間的相關性），而缺乏系統性的整合認知。

為了填補這樣的知識缺口，研究團隊分析了來自全球十個水域生態系統的長期時間序列數據(16-39年)。他們應用了一種新穎的分析方法，即交叉收斂映射（CCM）來重建因果網絡，從而量化了系統層級之屬性（包括浮游植物多樣性，生物量和物化因子等）之間的交互作用。結果顯示，任何單一的指標（例如物種數或營養鹽濃度）都不足以預測生態系統的穩定性（浮游植物生物量的時間變異性）；相反地，整合浮游植物多樣性、生物量和營養鹽循環之交互作用所形成的因果關係路徑(圖一)，則是預測生態穩定性的最佳指標。

更有趣的發現是，當生態系統經歷了較劇烈的氣候暖化時，這一整合的因果關係路徑就會被削弱。研究團隊不僅在所關注的長期生態測站發現這樣的影響，也在全球尺度的整合海洋資料中發現這種影響。這顯示了全球海洋的暖化速率與生態系統穩定性之間存在著顯著的負向關係。這項研究的成果顯示，一個更全面的網絡觀點，才可以有效地了解並預測氣候對生態系統穩定性的影響。

圖1、透過跨系統研究分析10個長期監測的水域生態系統之時間序列數據，該研究揭露了一個全新的機制，解釋了全球暖化如何使生態系統的功能（例如浮游植物生物量）變得更不穩定。核心的分析是利用交叉收斂映射量化宏觀系統變量間的因果關係，包括生物多樣性，營養鹽循環以及浮游植物生物量等。較劇烈暖化的系統會削弱依循生物多樣性的調控途徑，而減弱的調控途徑會使得生態系統變得不穩定。研究結果首次強調了對生態系統進行整體性的網絡分析之重要性；研究結果顯示，需量化整合性的調節途徑，跳脫研究個別因子或簡單相關性之傳統思維，才可以有效地預測生態系統的穩定性。

延伸閱讀

Chang, C. W., H. Ye, T. Miki, E. R. Deyle, S. Souissi, O. Anneville, R. Adrian, Y. R. Chiang, S. Ichise, M. Kumagai, S. S. Matsuzaki, F. K. Shiah, J. T. Wu, C. h. Hsieh, G. Sugihara. (2020) Long-term warming destabilizes aquatic ecosystems through weakening biodiversity-mediated causal networks. Global Change Biology 26: 6413-6423.