热耐受性受限的热带昆虫及其基因组特征

为何炎热的日子对微小生物至关重要

昆虫体型虽小，却在为热带森林和农地默默运转：为植物授粉、分解枯死物质并为鸟类和哺乳动物提供食物。该研究提出了一个与粮食、森林与生物多样性相关的紧迫问题：随着地球变暖，热带昆虫能否在高温下生存？通过结合秘鲁和肯尼亚山坡的野外调查与最前沿的遗传学分析，研究者发现许多热带昆虫已接近其体内能承受的最高温度——它们可能几乎没有余地再适应更高的温度。

攀登山脉以测量昆虫的耐热极限

研究团队沿着从闷热的低地雨林与稀树草原到安第斯（秘鲁）和肯尼亚山脉的凉爽云雾林的陡峭海拔梯度采集了约8,000只昆虫，涵盖约2,300种。野外中，每只昆虫被放入可控装置中，温度缓慢升高或降低，直至其无法移动，由此得出其上、下温度极限。如预期，高海拔昆虫比低地亲缘种更能耐受寒冷、较少耐热。但耐热性的变化并未完全跟上当地气候的变化：随着向低海拔气候变热，昆虫的耐热上限上升较为缓慢并最终趋于平稳，在最热地点形成了一道“天花板”。

在最需要的地方灵活性有限

动物有时能短期调整以应对胁迫温度——一种生理上的“热身”。为检验这一点，研究者在测量极限前短暂地对部分昆虫施以强烈但非致死的热冲击。高海拔昆虫如所期望的那样有反应：受热冲击后它们能耐受略高的温度。相比之下，许多低地昆虫在相同处理后反而变得更不耐热，仿佛它们的防护系统已在满负荷运转。对短暂低温的类似测试显示，额外的耐寒性主要出现在高海拔和中海拔物种中。综合这些结果表明，最热的热带低地昆虫几乎没有余力进一步提高耐热性，而栖居较凉处的近亲物种仍有一定的可调整空间。

耐热性写在昆虫分子层面

为何会出现这种耐热“天花板”？作者在昆虫基因组中寻找线索。利用677种的蛋白质序列，他们用深度学习工具估算每种蛋白质开始失去构象的温度——这是走向细胞功能失效和死亡的关键一步。他们发现不同昆虫群体的蛋白质熔点系统性地不同：例如，苍蝇类往往具有较不耐热的蛋白质，而蚂蚱和有刺的黄蜂类则更为稳健。当研究组将这些蛋白质数据与整只动物的耐热现场测量进行比较时，二者高度吻合。蛋白质在更高温度下仍能维持结构的科类，其野外耐热性也更强，这表明经长期进化塑造的基本分子特性有助于设定各谱系的热限。

预测未来的热害风险

有了这些生理学测量值，研究者进一步评估当前与未来气候如何转化为地面风险。他们将实测气温记录和卫星表面热量观测与估算昆虫在给定温度下可维持多长时间免于进入热性昏迷的模型结合起来。在当今气候条件下，亚马逊低地的地表温度在一天中最热时段已足以在不到一分钟内使对热最敏感的物种失去功能，尽管有遮荫的空气温度仍然较安全。到本世纪末的气候预测描绘出更令人担忧的图景：在高排放情景下，亚马逊低地大约一半的未来白天地表温度，以及相当份额的空气温度，预计将高到足以对许多物种造成严重热损伤。

这对热带生命意味着什么

这些发现描绘出一个令人警醒但可以采取行动的图景。许多热带低地昆虫——支撑世界最丰富生态系统的中坚——已生活在接近其最高温度极限的状态，几乎没有能力将这些极限进一步提高。由于它们的蛋白质与生理似乎受进化强烈约束，向更高温条件的快速遗传适应可能既缓慢又代价高昂。如果无法通过更凉爽的微栖息地或向更高海拔的迁移来缓解升温，更频繁的热浪和寒潮可能触发大规模的昆虫损失，并通过食物网与生态系统服务产生连锁影响。保护完整的遮荫森林、维持景观连通性以便物种向上迁移、以及限制未来变暖，成为保护地球最具多样性的昆虫群落的关键措施。

引用: Holzmann, K.L., Schmitzer, T., Abels, A. et al. Limited thermal tolerance in tropical insects and its genomic signature. Nature 651, 672–678 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10155-w

关键词: 热带昆虫, 耐热性, 气候变化, 蛋白质稳定性, 亚马逊雨林