斯坦福大学科学家破解了2.52亿年前的生物多样性之谜

大约 2.52 亿年前，二叠纪末期大规模灭绝导致多达 80% 的海洋物种灭绝，导致全球海洋生物群落变得异常相似。斯坦福大学的研究人员创建了一个基于气候的模型，表明环境变化（如变暖和缺氧）使一些耐寒物种得以繁衍生息并在全球蔓延，这一发现也有助于解释当今的生物多样性危机。

斯坦福大学的科学家发现，大灭绝之后的剧烈气候变化使得一些海洋物种得以在全球范围内传播，从而导致了全球范围内的生物趋同。

科学家将其称为“大灭绝”并非毫无道理。大约 2.52 亿年前，二叠纪末期大规模灭绝事件导致 80% 以上的海洋物种消失，这是地球历史上最极端的同类事件。

随后是一段神秘的、长达数百万年的时期，可以称为“大衰退”，当时从赤道到两极，全球各地的海洋动物群落看起来惊人地相似。研究人员长期以来一直在寻找这种所谓的分类同质化现象的解释，这种模式在过去五亿年的其他大规模灭绝之后也曾出现过。

现在，斯坦福大学的科学家团队找到了一个可能的解释。他们的研究表明，大灭绝后广泛的环境剧变创造了条件，使一些适应力强的物种能够大大扩展其地理范围。通过分析海洋化石记录（大灭绝后最完整的生命档案），他们开发了一个模型来了解蛤蜊、牡蛎、蜗牛和蛞蝓等物种如何在地球新近变暖、低氧的海洋中繁衍生息。

该研究于 3 月 26 日发表在《科学进展》上，为地球最严重的灭绝之后生命如何恢复提供了新的见解，并对当今由人类影响引发的生物多样性危机提供了重要见解。

“对于我们古生物学领域的人来说，这个模型相当于气候科学家使用计算机气候模型，根据一些简单的数学表示对世界应该如何变化做出定量预测，”资深研究作者、斯坦福大学杜尔可持续发展学院多雷尔·威廉·柯比地球和行星科学教授乔纳森·佩恩说。“我们现在能够以一种新的方式研究大规模灭绝的生物地理变化，并更好地理解为什么有些动物群体幸存下来，而其他动物群体却灭亡了。”

除了化石记录，科学家还根据自然产生的化学标记来了解古代海洋，这些标记揭示了过去的温度和环境条件。二叠纪末期，地球正受到现代西伯利亚灾难性火山活动的冲击，这场火山活动引发了强烈的全球变暖、氧气耗尽和海洋酸化，导致 2.52 亿年前大多数海洋生物死亡。

但单凭灭绝本身并不能解释其幸存物种的奇异存在——此前这些物种仅局限于某些特定地点——在随后的数百万年中，即最早的三叠纪地质时期，在全球各大洋中都存在。为了传达行星尺度上的分类同质化这一超现实概念，主要研究作者、地球和行星科学博士候选人 Jood Al Aswad 提出了一个与陆地动物的现代类比：

“如果有人今天问你在哪里可以找到袋鼠，你会说澳大利亚，”她说。“但现在想象一下发生了一些重大灾难，比如一座巨大的火山爆发，之后你会发现全球各地都有大量的袋鼠——它们远在南极洲，在埃及金字塔旁跳跃，甚至在加利福尼亚州的斯坦福也有。”

佩恩说，二叠纪末期灭绝事件前后的化石“从丰富多样的群落变成了几乎千篇一律的群落，无论你从哪里看过去都是如此。”根据这项研究，灭绝事件后，世界各地物种的多样性减少了一半以上。

近 200 年来，研究人员一直在争论这些化石记录明显差异的原因，并在近几十年来提出了多种机制来解释为什么二叠纪末期灭绝后不同地点的居民非常相似。

一种假说是“生态释放”，即某些捕食者和竞争者相继死亡，让一个幸存的生物群体得以蓬勃发展。另一种常见的理论是，气候变化的方式为几乎所有地方的少数生物群体创造了有利的环境。

研究作者对这些假设进行了检验，利用提供有关古代海洋氧气水平和温度条件信息的地球化学数据，建立了二叠纪末期海洋环境变化的气候模型。

然后，他们利用与大灭绝幸存者和受害者有关的蛤蜊和蜗牛等海洋无脊椎动物的生理实验数据，构建了一个模拟物种的气候模型。这些虚拟物种能够根据它们在温度和氧气供应变化中生存的能力，对二叠纪末期的环境变化做出反应。通过这种方式，该模型提供了一个“仅从生理学角度”的评估，即如果氧气和温度是物种迁徙的主要驱动因素，物种的地理分布将如何变化。

结果表明，在大灭绝之后垄断海洋化石记录的那群顽强的软体动物确实非常适合变化后的世界条件。因此，该模型甚至不必考虑生态系统层面的因素，例如捕食者和竞争对手的丧失，这些因素可能也起到了次要作用。

佩恩说：“我们的研究对二叠纪末期物种灭绝的某些幸存者为何能够繁荣发展以及为什么全球范围内发生同质化提供了简单的环境解释，而非生态解释。”

除了阐明遥远的过去之外，新模型还可以帮助科学家和政策制定者预测和更好地理解当前正在发生的生物多样性危机，即由数十亿人类改变地球的活动造成的即将发生的大规模灭绝。

研究作者写道：“当前的生物多样性危机预计将导致生态系统组成的变化，其变化甚至会超过最早三叠纪的变化，这是迄今为止最大的同质化事件。”

Al Aswad、Payne 和同事们目前正在扩展他们的模型，以研究过去的其他大规模灭绝事件，比如著名的导致非鸟类恐龙灭绝的白垩纪末期事件。

“我们的模型为研究动物如何应对极端环境变化提供了绝佳方法，”Al Aswad 说道。“随着人类活动引发气候变化，有人警告说，如果我们继续下去，那么在未来，我们也将看到现代海洋中生物的分类同质化。”

编译自/ScitechDaily