承担多样化角色能力可能是动物在生物大灭绝中幸存的关键

一项跨越地质历史的分析发现,能够占据不同生态位的物种具有生存优势

夏威夷珊瑚礁展示了生态和分类的多样性。

由于发生了五次生物大灭绝,约 99% 的动物物种已经从地球上消失。在许多这些事件中,生命遭受了最大的打击,而这可能也正是生命开始的地方:在海洋中,一个被细分为多层的球体,动物在其中具有特定的生态功能。

其中一次事件——2.52 亿年前的二叠纪-三叠纪或二叠纪末期灭绝——甚至消灭了海洋中约 96% 的动物生命。但是,是什么区分了幸存的 4% 呢?进化生物学家已经将注意力集中在两种可能的缓冲机制上,以抵御被消灭的命运。一种是物种丰富的动物群体可能会压倒灭绝的力量,一些物种可以躲过浩劫。另一种可能性是,物种较少的群体在灾难面前获得了优势,因为它们可以在环境中承担许多不同的角色。

2 月 27 日在《科学》杂志上发表的一项研究表明,在抵抗灭绝方面,生态角色的多样性比物种的数量更重要。这些发现可能与理解当前灭绝危机和持续气候变化可能产生的影响有关,尽管其具体影响的方式无人能够准确预测。


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都柏林大学进化生物学家威廉·福斯特说,这些作者“巧妙地做到的”是表明,如今物种多样性高的动物群体,如软体动物和节肢动物,是缓慢实现这种多样性的,并且在生物大灭绝事件中没有遭受那么大的损失。福斯特说,与物种数量较多的群体,如腕足动物(想想后部铰接的双壳)和海百合(蕨类海洋动物)相比,这些幸存者具有更多样化的生态功能,而后者占据着相似的生态位。

“由于生物大灭绝后资源竞争减少,进化生物学的假设是,一旦动物群体进化到占据新的生态位,它就会迅速多样化,”没有参与这项研究的福斯特说。他称这些结果是思考“骨架团队假说”的新方式,该假说解释了为什么在生物大灭绝之后,生态位中仍然有残留的生物存在。

这项研究的作者、夏威夷大学希洛分校的进化生态学家马修·诺普说,这种抵抗破坏的比喻,类似于人们经常对金融投资提出的建议。投资者会拿走某种统一的东西,比如钱,并将其投资到不同的地方,这样他们的投资组合才能在市场崩溃中幸存下来。他说,这种“投资组合效应”与“自然经济”有着很强的相似之处,后者的生态角色多样的群体比生态相似的群体更不容易经历长期波动,并且更有能力抵抗灭绝。

为了评估自然界的潜在经济学,诺普和他的同事查看了 30,074 个密切相关的物种群(或属)的现存海洋动物和 19,992 个属的化石海洋动物的数据。他们使用的物种代表了所有已知的现存海洋动物和约 70% 的已知海洋化石记录。研究人员确定了每个群体在当今和跨越约 5 亿年的 100 个阶段中的环境角色。

这些生态功能或生活方式由多种因素定义,例如动物相对于海底的位置、它们的移动性和食物获取方法。在根据动物在环境中的特定角色对其进行分类后,研究小组研究了每个广泛动物群体的这些角色多样性,以及它们在过去 5 亿年(包括生物大灭绝)中的起源和灭绝率。研究人员还检查了物种多样性和这些生态角色多样性如何在时间上相互关联,直到现在。

诺普说,他们的结果出乎意料。以前的观点是,新物种形成的高速率会导致属的多样性和被占据的生态位数量增加。相反,他说,目前拥有相对众多物种的动物群体在早期就已经占据了多样化的生态位,尽管物种形成速度较慢,因此物种多样性较低。对一个生态位的致命打击不一定会消灭它们,因为它们还有其他地方可以适应。

结果是,在 6600 万年前开始的新生代,拥有最多属或物种的群体有足够的时间产生它们现代的高数量。它们能够获得这些时间,是因为它们古代的生态功能多样性缓冲了它们免受灭绝。

英国南安普顿大学的进化生态学副教授托马斯·H·G·埃扎德说,关注灭绝而不仅仅是新物种的兴起很重要,他没有参与这项工作。他说,“行走的死亡进化枝”的概念对于描述那些“不抗灭绝”的群体很有意义,因为即使它们有很多不同的属,“如果它们在粗略的尺度上都有相同的适应性,它们都将面临被消灭的相同命运”。

在许多生物学家看来,如今的物种正面临着一场持续的现代大灭绝,而未来等待今天的物种的是一个悬而未决的问题。诺普引用了两次先前的灭绝事件作为“当前气候危机的良好替代品”。他说,上述的二叠纪末期大灭绝和 2.01 亿年前的三叠纪末期大灭绝都涉及快速的气候变暖和海洋酸化,而这两者都在威胁着今天的物种。知道在这些事件中,在环境中具有多样角色的动物群体表现得更好,可以“为我们提供重要的见解,让我们了解随着当前气候危机的持续加剧,未来地球可能会是什么样子,”诺普说。

埃扎德说,如今“当前多样化的投资组合”对于抗灭绝群体来说是否足以应对气候变化,仍有待观察。

Emily Willingham is a science writer and author of the books Phallacy: Life Lessons from the Animal Penis (Avery, Penguin Publishing Group, 2020) and The Tailored Brain: From Ketamine, to Keto, to Companionship: A User's Guide to Feeling Better and Thinking Smarter (Basic Books, 2021).

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