作者与发表信息

本文由Chun-Sen Ma、Gang Ma和Sylvain Pincebourde共同撰写，分别来自中国农业科学院植物保护研究所的气候变化生物学研究组和法国图尔大学的昆虫生物学研究所。文章于2021年发表在《Annual Review of Entomology》期刊上，首次在线发布于2020年9月1日。

主题与背景

本文的主题是昆虫对极端高温（Extreme High Temperatures, EHTs）的响应。随着全球气候变化的加剧，极端高温事件的频率和强度显著增加，这对昆虫的生理、生态和进化产生了深远影响。尽管近年来关于极端高温对昆虫影响的研究逐渐增多，但这些知识分散在大量文献中，缺乏系统性总结。本文旨在综述昆虫在自然环境中经历的极端高温对其生物学和生态学的影响，并探讨昆虫如何通过多种机制缓冲这些极端温度的影响。

主要观点与论据

1. 极端高温的定义与特征
   极端高温的定义因学科而异。气象学家通常将极端高温定义为超过某一百分位数（如90%、95%或99%）的温度，而生物学家则将其定义为超过生物体生理上限的温度。极端高温的特征包括强度、频率、持续时间和时间间隔等。这些特征共同决定了极端高温对昆虫的影响。例如，极端高温的强度越高，对昆虫的生理压力越大；而高温事件之间的间隔时间则影响昆虫的恢复能力。

2. 极端高温对昆虫的多层次影响
   极端高温对昆虫的影响可以从个体、种群和群落三个层次进行分析：

   • 个体层次：极端高温会导致昆虫的蛋白质变性、细胞膜流动性改变、氧气供应不足等生理损伤，进而影响其生存、发育和繁殖。例如，极端高温会显著降低昆虫的繁殖能力，甚至导致死亡。
   • 种群层次：极端高温会改变昆虫的种群动态，影响其丰度、内禀增长率和物候同步性。例如，频繁的极端高温事件会减少某些昆虫的种群数量，尤其是对高温敏感的物种。
   • 群落层次：极端高温会改变昆虫群落的结构和多样性，影响种间竞争和食物网关系。例如，高温耐受性较强的物种可能会在竞争中占据优势，从而改变群落的物种组成。

3. 昆虫对极端高温的缓冲机制
   昆虫通过多种机制来缓冲极端高温的影响，包括：

   • 行为调节：昆虫可以通过选择适宜的微生境来避免过热。例如，蚜虫在高温时会离开宿主植物，寻找更凉爽的环境。
   • 表型可塑性：昆虫可以通过表型可塑性（如热激蛋白的积累）来增强对高温的耐受性。例如，某些昆虫在经历高温后会积累热激蛋白，以保护细胞免受热损伤。
   • 进化适应：长期暴露在极端高温环境中的昆虫可能会通过自然选择进化出更高的热耐受性。例如，城市中的蚂蚁种群比农村种群具有更高的热耐受性。

4. 极端高温与平均温度的对比
   与平均温度相比，极端高温对昆虫的影响更为显著。尽管平均温度的升高可能会对昆虫产生一定影响，但极端高温事件往往会导致昆虫的生理极限被突破，从而引发更严重的后果。例如，即使平均温度接近昆虫的最适温度范围，极端高温仍然可能导致昆虫的死亡或繁殖能力下降。

5. 未来研究方向
   本文还指出了当前研究中的一些空白和未来研究方向，包括：

   • 实验设计的生态相关性：未来的研究应更加注重模拟自然条件下的极端高温事件，以提高实验结果的生态相关性。
   • 极端高温的跨代效应：需要进一步研究极端高温对昆虫的跨代影响，特别是对后代生存和繁殖的影响。
   • 微气候模型的应用：微气候模型可以帮助更好地理解昆虫在自然环境中经历的极端高温事件，从而更准确地预测气候变化对昆虫的影响。

文章的意义与价值

本文通过系统综述极端高温对昆虫的多层次影响及其缓冲机制，为理解气候变化对昆虫生态系统的潜在影响提供了重要的理论依据。文章不仅总结了当前的研究进展，还指出了未来的研究方向，为昆虫生态学、气候变化生物学和害虫管理等领域的研究提供了新的视角和方法。

亮点

1. 多层次分析：本文从个体、种群和群落三个层次全面分析了极端高温对昆虫的影响，提供了系统性的综述。
2. 缓冲机制的多样性：文章详细探讨了昆虫通过行为调节、表型可塑性和进化适应等多种机制来缓冲极端高温的影响，揭示了昆虫应对气候变化的复杂策略。
3. 未来研究方向的提出：本文不仅总结了现有研究，还指出了未来研究的关键方向，为相关领域的学者提供了重要的研究思路。

结论

极端高温是气候变化背景下昆虫面临的重要挑战之一。本文通过综述极端高温对昆虫的多层次影响及其缓冲机制，揭示了昆虫在应对气候变化中的复杂适应策略。未来的研究应更加注重实验设计的生态相关性，探索极端高温的跨代效应，并利用微气候模型来更好地预测气候变化对昆虫的影响。