Some of the largest impacts of climate change are expected in the environmentally heterogeneous and species rich high mountain ecosystems. Among those, the Neotropical alpine grassland above the tree line (c. 2,800 m), known as Páramo, is the fastest evolving biodiversity hotspot on earth, and one of the most threatened. Yet, predicting climate responses of typically slow-growing, long-lived plant linages in this unique high mountain ecosystem remains challenging. Here we coupled climate sensitivity modeling and adaptive potential inferences to efficiently assess climate vulnerability of Espeletia, Páramo’s most iconic, predominant and rapidly evolving plant complex. In order to estimate climate sensitivity, we first modeled the distribution of 28 Espeletia taxa under a niche conservatism scenario using altitude and five current (1970–2000) and future (2050 RCP 8.5) bioclimatic variables across 36 different Páramo complexes in the northern Andes (49% of the world’s Páramo area). As an alternative to range shifts via migration, we also computed the adaptive capacity of these Páramo complexes by considering three enhancing factors of the biodiversity’s adaptive potential as well as three environmental limiting factors of the populations’ plastic response. These predictors showed that diverse Páramos in the Eastern Cordillera were more vulnerable likely because the counteracting effects of the adaptive potential (r = −0.93 ± 0.01) were not sufficient to buffer higher distribution losses (r = 0.39 ± 0.01). Agriculture (r = −0.48 ± 0.01), mining (r = −0.36 ± 0.01), and rural population density (r = −0.23 ± 0.01) also weakened the adaptive capacity. These results speak for a limited persistence via migration in the short-term responses of Espeletia to climate change, even though the past population dynamics in concert with glacial cycling is indicative of a predominant role of range shifts. Furthermore, changing climate, together with a general inability to adapt, may eventually constrain the rapid diversification in the Espeletia complex. Our integrative modeling illustrates how future climate may impact plant populations in a mega diverse and highly threatened ecosystem such as the Páramo, and encourages carrying out similar estimates in diverse plant complexes across other high mountain and island-like ecosystems.

中文翻译：

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安第斯山脉北部帕拉莫天空岛上 Espeletia 综合体的气候脆弱性评估

气候变化的一些最大影响预计在环境异质和物种丰富的高山生态系统中。其中，林木线以上的新热带高山草原（约 2,800 米），被称为帕拉莫，是地球上发展最快的生物多样性热点，也是最受威胁的地区之一。然而，预测这个独特的高山生态系统中通常生长缓慢、寿命长的植物谱系的气候反应仍然具有挑战性。在这里，我们将气候敏感性建模和适应性潜在推断相结合，以有效评估埃斯佩莱蒂亚的气候脆弱性，埃斯佩莱蒂亚是帕拉莫最具标志性、主要和快速发展的植物群。为了估计气候敏感性，我们首先使用海拔高度和五个当前 (1970-2000) 和未来 (2050 RCP 8.5) 生物气候变量在安第斯山脉北部（世界帕拉莫地区的 49%）的 36 个不同帕拉莫综合体中模拟了 28 个埃斯佩莱蒂亚群的分布）。作为通过迁移进行范围转移的替代方案，我们还通过考虑生物多样性适应潜力的三个增强因素以及种群可塑性反应的三个环境限制因素来计算这些帕拉莫复合体的适应能力。这些预测因素表明，东科迪勒拉的不同帕拉莫斯可能更容易受到攻击，因为适应性潜力的抵消效应 (r = -0.93 ± 0.01) 不足以缓冲更高的分配损失 (r = 0.39 ± 0.01)。农业（r = -0.48 ± 0.01），采矿（r = -0。36±0.01），农村人口密度（r=-0.23±0.01）也削弱了适应能力。这些结果表明，在埃斯佩莱蒂亚对气候变化的短期反应中，通过迁移的持久性有限，尽管过去的人口动态与冰川循环一致表明了范围变化的主要作用。此外，不断变化的气候以及普遍无法适应，最终可能会限制 Espeletia 综合体的快速多样化。我们的综合模型说明了未来气候可能如何影响帕拉莫等大型多样化和高度受威胁的生态系统中的植物种群，并鼓励对其他高山和岛状生态系统的不同植物群进行类似的估计。01）也削弱了适应能力。这些结果表明，在埃斯佩莱蒂亚对气候变化的短期反应中，通过迁移的持久性有限，尽管过去的人口动态与冰川循环一致表明了范围变化的主要作用。此外，不断变化的气候以及普遍无法适应，最终可能会限制 Espeletia 综合体的快速多样化。我们的综合模型说明了未来气候可能如何影响帕拉莫等大型多样化和高度受威胁的生态系统中的植物种群，并鼓励对其他高山和岛状生态系统的不同植物群进行类似的估计。01) 也削弱了适应能力。这些结果表明，在埃斯佩莱蒂亚对气候变化的短期反应中，通过迁移的持久性有限，尽管过去的人口动态与冰川循环一致表明了范围变化的主要作用。此外，不断变化的气候以及普遍无法适应，最终可能会限制 Espeletia 综合体的快速多样化。我们的综合模型说明了未来气候可能如何影响帕拉莫等大型多样化和高度受威胁的生态系统中的植物种群，并鼓励对其他高山和岛状生态系统的不同植物群进行类似的估计。尽管过去的人口动态与冰川循环一致表明了范围变化的主要作用。此外，不断变化的气候以及普遍无法适应，最终可能会限制 Espeletia 综合体的快速多样化。我们的综合模型说明了未来气候可能如何影响帕拉莫等大型多样化和高度受威胁的生态系统中的植物种群，并鼓励对其他高山和岛状生态系统的不同植物群进行类似的估计。尽管过去的人口动态与冰川循环一致表明了范围变化的主要作用。此外，不断变化的气候以及普遍无法适应，最终可能会限制 Espeletia 综合体的快速多样化。我们的综合模型说明了未来气候可能如何影响帕拉莫等大型多样化和高度受威胁的生态系统中的植物种群，并鼓励对其他高山和岛状生态系统的不同植物群进行类似的估计。