大規模滅絕事件如何為牡蠣和蛤蜊的生存提供了條件?
地球歷史上最大的危機之一以貝類的重大轉變為標誌,腕足動物(lamp shells)被牡蠣和蛤等雙殼類物種廣泛取代。這是二疊紀末毀滅性大滅絕的結果,這場大滅絕有效地重置了大約2.5 億年前的生命進化。
研究人員利用貝葉斯分析來研究二疊紀末滅絕後腕足動物的衰落和雙殼類動物的崛起,發現雙殼類動物更好地適應不斷變化的條件。左圖,來自美國俄亥俄州的泥盆紀腕足動物化石。右圖是來自西澳大利亞貝殼海灘的最新雙殼貝殼。圖片來源:(維基共享資源;知識共享CC0 1.0 通用公共領域奉獻)。右圖由陳忠強拍攝。
英國布里斯托爾和中國武漢的古生物學家進行的研究為海洋生態系統從古代向現代轉變時的這一關鍵轉變提供了新的線索。
陸地和海洋生物豐富,形成獨特的生態系統。在現代海洋中,海底以雙殼類、腹足類、珊瑚、甲殼類和魚類等動物為主。但這些生態系統都可以追溯到三疊紀,當時生命從瀕臨復甦。在那場危機中,只有二十分之一的物種倖存下來,關於新生態系統是如何構建的以及為什麼有些群體能夠倖存下來而另一些群體卻未能倖存的爭論一直存在。
在滅絕之前,腕足動物占主導地位的帶殼動物,然而,雙殼類在滅絕之後蓬勃發展,更好地適應新的環境。
“一個典型的例子是雙殼類動物取代了腕足類動物,”該項目的領導者、武漢和布里斯托爾大學的郭震解釋道。“古生物學家過去常說,雙殼類動物是更好的競爭者,因此在這場危機時期以某種方式擊敗了腕足動物。 毫無疑問,腕足類動物在滅絕之前是主要的有殼動物類群,之後雙殼類動物接替了它。”
過去500 邁爾腕足類和雙殼類的多樣性,顯示二疊紀-三疊紀邊界附近腕足類與雙殼類的轉換。圖片來源:ZhenGuo 等人
合作者喬·弗蘭納里·薩瑟蘭(Joe Flannery-Sutherland) 表示:“我們希望通過腕足動物和雙殼類動物的悠久歷史,特別是在二疊紀-三疊紀交接時期,探索它們之間的相互作用。因此,我們決定使用一種稱為貝葉斯分析的計算方法來計算起源、滅絕和化石保存率,並測試腕足動物和雙殼類動物是否相互作用。 例如,雙殼類動物的興起是否導致了腕足類動物的衰落?”
布里斯托爾地球科學學院的邁克爾·本頓教授說:“我們發現,事實上,在整個危機時期,這兩個群體在多元化動態方面都表現出相似的趨勢。這意味著它們並沒有真正相互競爭或互相掠奪,但更有可能的是,兩者都對類似的外部驅動因素做出了反應,例如海水溫度和短暫的危機。 但雙殼類最終佔了上風,腕足類動物退回到更深的水域,它們仍然在那裡出現,但數量減少了。”
武漢教授陳忠強評論道:“很高興看到現代計算方法如何解決這樣一個長期存在的問題。我們一直認為二疊紀末期的大規模滅絕標誌著腕足動物的終結,事實就是如此。 但腕足類和雙殼類似乎都受到了危機的重創,並在三疊紀都恢復了,但雙殼類可以更好地適應高海洋溫度。 所以,這給了它們優勢,侏羅紀之後,它們的數量猛增,而腕足動物並沒有發揮多大作用。”
郭震說:“在研究期間,我必須檢查和整理超過33萬塊腕足類和雙殼類化石的記錄,然後在布里斯托爾超級計算機上進行貝葉斯分析,這花了幾週的時間。 不過,我喜歡這種方法,因為它會將所有內容重複數百萬次,以考慮數據中的各種不確定性,並提供有關正在發生的情況的大量豐富信息。”
本頓教授總結道:“二疊紀末期的大規模滅絕是有史以來最嚴重的一次,它極大地重置了進化。事實上,危機發生後的5000 萬年,三疊紀標誌著陸地和海洋生命的一場革命。 了解生命如何從瀕臨滅絕中恢復過來,然後為現代生態系統奠定基礎,是宏觀進化中的重大問題之一。 我確信我們還沒有在這裡說完最後一句話!”