研究揭示生物大灭绝后灭绝和起源模式发生的变化

2021年10月13日 14:40 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,斯坦福大学的科学家们在生命如何从大灾难中重新出现方面发现了一个令人惊讶的模式。10月6日发表在《英国皇家学会会刊B辑》上的研究显示,身体尺寸进化的通常规则不仅在大规模灭绝期间发生变化,而且在随后的恢复期间也发生变化。

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自20世纪80年代以来,进化生物学家一直在争论大规模灭绝及其后的恢复是否强化了正常时期的选择标准--或者从根本上改变了标志着物种群体毁灭的一系列特征。这项新研究在对过去5亿年来的大部分海洋化石的全面分析中发现了后者的证据。

研究作者写道,在全球物种大灭绝之后,进化动态是否以及如何转变,“不仅对理解现代生物圈的起源有深远影响,而且对预测当前生物多样性危机的后果也有深远影响”。

斯坦福大学地球、能源和环境科学学院的博士后学者、主要作者Pedro Monarrez说:“最终,我们希望能够查看化石记录并利用它来预测什么会灭绝,更重要的是,什么会回来。当我们仔细观察4.85亿年来世界海洋中的灭绝和恢复情况时,根据某些群体的体型大小,似乎确实存在一种模式。”

该研究建立在斯坦福大学最近的研究基础上,该研究在被称为属的群体中研究了海洋动物的身体大小和灭绝风险,比物种高一个分类级别。该研究发现身体较小的属平均来说比它们较大的近亲同样或更有可能灭绝。

新研究发现,在大规模灭绝之间的很长一段时间内,这种模式在10类海洋动物中是真实的。但是大规模灭绝以不可预测的方式改变了这一规则,在一些类别中,较小的属的灭绝风险变得更大,而较大的属在其他类别中失去了优势。

结果显示,在大规模灭绝事件中,被称为海百合纲动物的较小属类灭绝的可能性大大增加。相比之下,在"背景"间隔时间段内,受害者和幸存者之间没有出现可检测的大小差异。在三叶虫中,一个与现代马蹄蟹有远距离关系的多样化群体,在"背景"间隔期间,灭绝的几率随着身体尺寸的增加而略有下降,但在大规模灭绝期间,身体长度每增加一倍,灭绝的几率就增加约8倍。

当他们把目光投向那些已经灭绝的海洋属种,并考虑那些最早的同类属种时,作者发现在灭绝前后,身体尺寸模式发生了更加巨大的变化。在"背景"间隔期间,新进化的属种往往比之前的属种略大。在大规模灭绝恢复期间,这种模式发生了翻转,大多数类别的起源者与在大灾难中幸存下来的保留物种相比,变得更加普遍。

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包括海蜗牛在内的腹足纲动物属是少数例外,它们是在建立在更小的模式中。在恢复期产生的腹足动物属往往比前一次大灾难的幸存者要大。作者写道:"无论方向如何,在大规模灭绝事件及其恢复期,对身体尺寸的选择性比背景时期更加明显。"

研究高级作者、大学地球、能源和环境科学学院的 Jonathan Payne教授说:“我们的下一个挑战是确定大规模灭绝后如此多的始祖都很小的原因。”

科学家们还不知道这些原因是否可能与全球环境条件有关,如低氧水平或温度上升,或者与生物体和它们的当地环境之间的相互作用有关的因素,如食物匮乏或捕食者的缺乏。根据Payne的说法,“确定这些模式的原因可能有助于我们不仅了解我们目前的世界是如何形成的,而且还可以预测对目前灭绝危机的长期进化反应。”

化石数据

这是Payne研究小组一系列论文中的最新一篇,这些论文利用统计分析和计算机模拟来揭示海洋化石记录中身体尺寸数据的进化动态。2015年,该团队招募了高中实习生和本科生,帮助计算来自照片和插图的数千个海洋属物种的身体尺寸和体积。由此产生的数据集包括了科学界已知的大多数无脊椎动物化石属,比以前任何动物化石体型的汇编至少大10倍。

此后,该小组扩大了该数据集,并对其模式进行了深入研究。在其他结果中,他们发现更大的身体尺寸已经成为海洋动物灭绝风险的最大决定因素之一,这在地球生命的历史上还是第一次。

在这项新研究中,Monarrez、Payne 和塔夫茨大学的研究合著者 Noel Heim使用来自海洋化石记录的身体尺寸数据来估计在过去4.85亿年的大部分时间里,灭绝和起源的概率是与身体尺寸有关。通过将它们的身体尺寸数据与公共古生物学数据库的发生记录配对,他们能够分析属于10,203个属的284,308个海洋动物的化石发生记录。Payne说:“这个数据集使我们能够记录,在不同的动物群体中,当大规模灭绝出现时,进化模式如何变化。”

未来的恢复

其他古生物学家已经观察到,在大规模灭绝之后,身体较小的动物在化石记录中变得更加普遍--通常称之为"小人国效应",这是以18世纪乔纳森-斯威夫特的小说《格列佛游记》中的小人国为例。

这项新研究的结果表明,动物生理学为这种模式提供了一个合理的解释。作者在大多数活动水平低、新陈代谢慢的海洋动物类别中发现了经典的缩小模式。这些类别中的物种,如果是在大规模灭绝后立即进化的,往往比那些在背景间隔期间起源的物种有更小的身体。相反,当新物种在新陈代谢更快、更活跃的海洋动物群体中进化时,它们在灭绝之后往往有较大的身体,而在正常时期则有较小的身体。

“灭绝部分改变了世界,不仅仅是清除了大量的生物体或大量的物种,而是以各种选择性的模式清除了它们。然后,恢复并不只是对每个幸存的物种都是平等的。一组新的偏见进入了恢复模式,”Payne说。“只有将这两者结合起来,你才能真正理解我们在灭绝事件发生500万年或1000万年后得到的世界。”

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