在環境受到干擾的時期，生物群落是如何反應的？如果整個物種都滅絕了，剩下的物種是否會搬進來佔據空缺的區域，或者新的物種是否會進來填補空缺？康涅狄格大學地球科學系的博士生Sarah Brisson，旨在調查這些問題。她的研究結果已經發表在《皇家學會議事錄B》上。

Brisson研究了發生在大約3.7億年前晚泥盆紀的大規模滅絕事件，目的是了解生態系統和其中的生物群落如何應對。在這項研究中，布里森通過研究從紐約和賓夕法尼亞州的阿巴拉契亞盆地收集的化石，將重點放在被稱為腕足類的小型、有殼、海棲生物上。

“‘大滅絕事件’這個名字吸引了人們的注意力。Brisson說：”這些是環境發生重大變化的時期，這些變化如何影響生物體，與了解我們目前的環境和環境變化有關。”

在泥盆紀晚期，阿巴拉契亞盆地是一個淺海，在不斷增長的山脈之後形成。當時的海底可能覆蓋著腕足類動物，這些動物在這組樣本中非常豐富。在水中，魚類也變得更加豐富，而在陸地上，一場巨大的綠化正在發生，新的植物在地球的歷史上第一次進化。

“泥盆紀的世界非常不同；數百萬年來都沒有開花植物。”Brisson說：”我們只是為進入中生代–恐龍時代–奠定了基礎，在那裡我們有大的蕨類植物和大的、木質的樹木。

在研究這些生態系統的動態時，Brisson把地球看成一個系統，生態位的變化只是整個結構的一個方面。一個生態位空間是一個生物體生活的環境，在這種情況下，就是基質乾擾的程度，以及沿著深度剖面生物體最適應的地方。

需要考慮的兩個概念是生態位保守主義和生態位進化。Brisson解釋說，在生態位保守主義中，生物體保持在原地並保留其特徵，而在生態位進化中，生物體隨著時間的推移會發生變化，並以某種方式進化為喜歡新環境參數。”在生物學中，有很多關於生態位動態的討論，以及我們是否看到生態位進化或生態位保守主義，沒有那麼多研究人員深入研究這個問題。”

在艱苦地鑑定了大約20000個腕足類動物化石並分析了它們在整個深度梯度上的偏好之後，Brisson收集了一個數據集，並使用非計量多維縮放法（nMDS）來觀察不同物種在整個地層範圍內隨著時間的推移被分組的位置，以解釋生物在大滅絕事件之前和之後的反應。Brisson說，結果有點讓人吃驚。

“我看到了很多的更替，一些物種滅絕了，但是一些物種倖存下來並留在原地，它們的壁龕被保存下來。一些科學家認為在大規模的滅絕事件中不是這樣的，我沒有想到這裡會顯示出利基的保守性”。

在像這樣的滅絕事件中，估計有35%的海洋物種滅絕了，Brisson解釋說，預計這麼多壁龕的開放會鼓勵附近的倖存物種搬進來，佔據新的自由空間，結果確實在某種程度上顯示了這種情況。

“然而，作為一項規則，我們在這個區域看到了利基保守主義。在你可能在岩石記錄中看到生態位演變的情況下，可能有不同的壓力在生物體上。我認為留下這個問題很重要，因為有許多不同的選擇壓力，而且不是所有的選擇壓力都能適用於每一種情況。”

Brisson說，推動晚泥盆紀滅絕脈衝的因素仍然存在爭議。一些工作，包括合著者和康涅狄格大學畢業生Jaleigh Pier’18（CLAS）的研究，表明發生了全球冷卻事件。其他證據顯示，廣泛的缺氧可能是由營養物質的湧入造成的，就像我們今天看到的近海海洋和水生環境中形成的死區。

“我喜歡泥盆紀的部分原因是，有些大規模滅絕事件已經被研究得非常透徹，特別是中生代的大規模滅絕事件，但圍繞晚泥盆紀的確定性較低。隨著時間的推移，很難確定，因為在中生代使用的一些代用指標並不適用於泥盆紀。這是一個整潔的、動態的研究時間”。

這項工作只是Brisson論文的一個章節，未來的分析將進一步研究這些數據，包括穩定同位素分析，以了解氮可能如何影響這一地區。對過去進行如此深入的探究，可能會對今天加速的物種滅絕有所了解。

“我確實預見到在未來的研究中使用這種方法，因為它是了解我們的生態系統在過去是什麼樣子的有力工具。把這些生物概念，通過時間的推移應用到過去，真的很吸引人。”