物种进化的“龟兔赛跑”

 
 
物种进化的“龟兔赛跑”  
研究揭示当前海洋生物多样性成因  

一个生态多样的海洋珊瑚礁群落，盛产鱼类和珊瑚。 图片来源：John H.R. Burns

也许，从灭绝中突围，才是生物多样繁衍的关键。

美国夏威夷大学希洛分校生物系研究人员2月28日在《科学》杂志上发表了他们关于地球动物生物多样性模式的新研究，认为现代海洋中的动物多样性，可以由动物群体中较低的灭绝率来解释，而不是像之前预测的那样源于较高的起源率。

“今天，海洋动物比地球生命史上的任何时候都更加多样化，我们一直在努力描述它们是如何变成这样的。”该研究通讯作者、生物学助理教授Matthew Knope告诉《中国科学报》。

未参与该研究的加州大学伯克利分校进化生物学教授Rosemary Gillespie指出，了解生物多样性在空间和时间上是如何构成的，一直是生物学研究的重点。其中一个主要难点是，目前的生物多样性模式是由起源和灭绝决定的，虽然人们可以通过研究现存的生物多样性推断起源率，但要阐明灭绝的作用则非常困难。

此外，地球上曾经生活的生物中99%以上已灭绝，只有很少一部分能保存为化石。如何通过不完整的化石记录，重建地球历史生物多样性的变化规律，是一个重大科学难题。

未解之谜

半个多世纪前，英国植物学家John Hutchinson曾问道：“为什么会有这么多种动物呢？”并回答说，适应性生态分歧允许物种共存，并导致分类多样化。

事实上，在许多现代生态系统中，生态分化和分类学多样性是紧密相关的。生态分化可以允许探索更多的生态位、减少竞争和促进物种形成。然而，如果因果关系被逆转，生态分化和分类学多样性之间也会产生类似的相关性，而且更多的物种形成事件为生态分化提供了机会。

此外，Knope表示，分类学上的多样性是由于起源和灭绝速率的不同而产生的，而灭绝对生态分化和分类学上的多样性耦合的贡献却较少受到关注。因此，生态分化和分类学多样化之间关系的本质仍然是生物学中一个未解的中心问题，特别是在整个古生物学时间尺度以及地球动物史的物种灭绝事件中。

而现代海洋似乎给了科学家验证假设的机会。于是，研究人员决定使用海洋动物演化，研究在过去5亿年里生态和分类学多样性之间的耦合是如何演变的，从而在全球范围内形成生态分化和分类学多样性之间的现代关系。

“化石记录为研究这个问题提供了一个独特的视角，分化和多样之间的关系可以随着时间的推移而追踪，而起源和消亡的影响可以明确地分离出来。”Knope说。

坎坷之路

海洋生物的发展轨迹并不平顺。它们经历了生命爆发，也邂逅了集群灭绝，在数亿年的历史长河中，不断消失，又再次繁荣。

在距今约5.41亿年前至4.85亿年前的寒武纪，地球生物多样性和复杂性出现了爆炸式增长，这就是寒武纪大爆发。寒武纪大爆发是生命进化史上最重大事件之一，绝大多数动物门类在这一时期出现。

同样，在已知地球历史上，共发生过5次全球性的大规模集群灭绝事件。第一次是发生在4亿多年前奥陶纪末的生物大灭绝。这次大灭绝重创了海洋生态系统，导致当时85%的海洋生物物种灭绝。

这期间形成了大规模冰盖，总规模达到1.5亿立方千米，是今天地球南极和北极冰盖总和的6倍以上。当时，全球海平面急速下降100至150米，绝大部分海洋生物遭受了灭顶之灾。