承擔多樣化角色能力可能是動物在生物大滅絕中倖存的關鍵

一項跨越地質歷史的分析發現,能夠佔據不同生態位的物種具有生存優勢

夏威夷珊瑚礁展示了生態和分類的多樣性。

由於發生了五次生物大滅絕,約 99% 的動物物種已經從地球上消失。在許多這些事件中,生命遭受了最大的打擊,而這可能也正是生命開始的地方:在海洋中,一個被細分為多層的球體,動物在其中具有特定的生態功能。

其中一次事件——2.52 億年前的二疊紀-三疊紀或二疊紀末期滅絕——甚至消滅了海洋中約 96% 的動物生命。但是,是什麼區分了倖存的 4% 呢?進化生物學家已經將注意力集中在兩種可能的緩衝機制上,以抵禦被消滅的命運。一種是物種豐富的動物群體可能會壓倒滅絕的力量,一些物種可以躲過浩劫。另一種可能性是,物種較少的群體在災難面前獲得了優勢,因為它們可以在環境中承擔許多不同的角色。

2 月 27 日在《科學》雜誌上發表的一項研究表明,在抵抗滅絕方面,生態角色的多樣性比物種的數量更重要。這些發現可能與理解當前滅絕危機和持續氣候變化可能產生的影響有關,儘管其具體影響的方式無人能夠準確預測。


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都柏林大學進化生物學家威廉·福斯特說,這些作者“巧妙地做到的”是表明,如今物種多樣性高的動物群體,如軟體動物和節肢動物,是緩慢實現這種多樣性的,並且在生物大滅絕事件中沒有遭受那麼大的損失。福斯特說,與物種數量較多的群體,如腕足動物(想想後部鉸接的雙殼)和海百合(蕨類海洋動物)相比,這些倖存者具有更多樣化的生態功能,而後者佔據著相似的生態位。

“由於生物大滅絕後資源競爭減少,進化生物學的假設是,一旦動物群體進化到佔據新的生態位,它就會迅速多樣化,”沒有參與這項研究的福斯特說。他稱這些結果是思考“骨架團隊假說”的新方式,該假說解釋了為什麼在生物大滅絕之後,生態位中仍然有殘留的生物存在。

這項研究的作者、夏威夷大學希洛分校的進化生態學家馬修·諾普說,這種抵抗破壞的比喻,類似於人們經常對金融投資提出的建議。投資者會拿走某種統一的東西,比如錢,並將其投資到不同的地方,這樣他們的投資組合才能在市場崩潰中倖存下來。他說,這種“投資組合效應”與“自然經濟”有著很強的相似之處,後者的生態角色多樣的群體比生態相似的群體更不容易經歷長期波動,並且更有能力抵抗滅絕。

為了評估自然界的潛在經濟學,諾普和他的同事查看了 30,074 個密切相關的物種群(或屬)的現存海洋動物和 19,992 個屬的化石海洋動物的資料。他們使用的物種代表了所有已知的現存海洋動物和約 70% 的已知海洋化石記錄。研究人員確定了每個群體在當今和跨越約 5 億年的 100 個階段中的環境角色。

這些生態功能或生活方式由多種因素定義,例如動物相對於海底的位置、它們的移動性和食物獲取方法。在根據動物在環境中的特定角色對其進行分類後,研究小組研究了每個廣泛動物群體的這些角色多樣性,以及它們在過去 5 億年(包括生物大滅絕)中的起源和滅絕率。研究人員還檢查了物種多樣性和這些生態角色多樣性如何在時間上相互關聯,直到現在。

諾普說,他們的結果出乎意料。以前的觀點是,新物種形成的高速率會導致屬的多樣性和被佔據的生態位數量增加。相反,他說,目前擁有相對眾多物種的動物群體在早期就已經佔據了多樣化的生態位,儘管物種形成速度較慢,因此物種多樣性較低。對一個生態位的致命打擊不一定會消滅它們,因為它們還有其他地方可以適應。

結果是,在 6600 萬年前開始的新生代,擁有最多屬或物種的群體有足夠的時間產生它們現代的高數量。它們能夠獲得這些時間,是因為它們古代的生態功能多樣性緩衝了它們免受滅絕。

英國南安普頓大學的進化生態學副教授托馬斯·H·G·埃扎德說,關注滅絕而不僅僅是新物種的興起很重要,他沒有參與這項工作。他說,“行走的死亡進化枝”的概念對於描述那些“不抗滅絕”的群體很有意義,因為即使它們有很多不同的屬,“如果它們在粗略的尺度上都有相同的適應性,它們都將面臨被消滅的相同命運”。

在許多生物學家看來,如今的物種正面臨著一場持續的現代大滅絕,而未來等待今天的物種的是一個懸而未決的問題。諾普引用了兩次先前的滅絕事件作為“當前氣候危機的良好替代品”。他說,上述的二疊紀末期大滅絕和 2.01 億年前的三疊紀末期大滅絕都涉及快速的氣候變暖和海洋酸化,而這兩者都在威脅著今天的物種。知道在這些事件中,在環境中具有多樣角色的動物群體表現得更好,可以“為我們提供重要的見解,讓我們瞭解隨著當前氣候危機的持續加劇,未來地球可能會是什麼樣子,”諾普說。

埃扎德說,如今“當前多樣化的投資組合”對於抗滅絕群體來說是否足以應對氣候變化,仍有待觀察。

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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