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大灭绝来临前,它们朝着不同的地方聚集……

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撰文 | Emma Dunne Bethany Allen
 
编译 | 毛尖尖
 
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地球上的生态系统多种多样,而生命的分布也并不是平均的,赤道附近是生命最多样化的地方。
 
物种多样性随着我们穿过热带向赤道的移动而增加,这种模式在陆地和海洋中同时存在,从哺乳动物和鸟类,到蚂蚁甚至树木,在各种动植物群中都有记录。
生物多样性纬度梯度性的一个代表性例子:陆地脊椎动物的物种多样性变化。红色代表最高,蓝色代表最低 | 图源:Mannion, P. D., Upchurch, P., Benson, R. B. J. & Goswami, A., based on work by Clinton Jenkins via Wikimedia Commnons under CC BY
 
尽管这种模式在今天如此明显,但生物多样性在不同纬度的分布,也就是生物多样性的纬度梯度性,并不一直都是这样。相关研究表明,在地球历史上的某些时期,物种多样性在远离赤道的纬度上反而可能是最高的。
 
学术界提出了几种不同的假说来解释为什么高生物多样性聚集出现在某些特定的纬度上。但无论是在今天,还是在地质记录所显示的地球历史上,气候通常都会被视为一种关键的驱动因素。气候在许多方面影响着生物,包括它们的生存地、繁殖时间,甚至它们如何控制自己的内部过程,比如体温调节。
 
现代生物多样性在低纬度的赤道地区达到巅峰,比如亚马逊和中非的热带雨林。这种模式更有可能在 “冰室” 时期的历史记录中被发现,那时,两极同时出现冰盖,就和今天差不多。
 
然而,在被称为 “温室” 地球状态的更温暖的时期中,记录中可能会出现双峰分布的模式。也就是说,在两条带状区域中生物多样性最高,它们出现在地球的中纬度地区,也就是赤道以南和以北约25°和65°之间的区域。
 
生物多样性随纬度的变化往往与大灭绝事件有着紧密联系。如今的地球面临着气候变化、栖息地丧失和全球生物多样性减少的问题,了解几亿年来生物多样性纬度性变化的原因,对我们至关重要。
 
回顾地质时代,我们会发现一幅令人震惊的图景,让我们认识到如果无法解决全球气温上升的问题,我们将失去什么。
 
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化石记录为我们提供了认识地球古代生物多样性的最佳窗口。但是,从化石记录中估计生物多样性的模式并不容易,因为它充满了缺失和不完整的信息,限制了我们的理解。
 
但在过去的二十年里,新的分析技术使得古生物学家能够从零星的数据中估计史前生物多样性的模式。近年来,这些先进的技术揭示了2亿年前,在有记录以来最具破坏性的大灭绝事件之后,多样性的纬度性是什么样子的。
 
二叠纪末期的大灭绝事件发生在约2.51亿年前,它导致了地球上超过80%的物种灭绝。灭绝事件是由大范围火山爆发后不稳定气候造成的。那时,以及随后三叠纪时期的5000万年间,全球大陆被 “拼” 成了一个单一的大陆,也就是泛大陆。
 
这一时期的气候比现在更热、更干旱,赤道周围存在着广阔的沙漠。极地地区没有冰盖,而是呈现一种温带气候,就像我们今天的中纬度地区那样。与此同时,海洋生命不仅要承受赤道附近海面温度高达40摄氏度的温度,还要面临氧气水平下降和海洋酸化的影响。
 
二叠纪末的大灭绝之后一段时间迎来了复苏时期。最近的一项研究发现,在三叠纪的大部分时间(2.01-2.51亿年前),海洋的多样性纬度性梯度与今天很相似。
海洋生物多样性 | 图源:Carljohnthegreat via Wikimedia Commons under CC BY-SA
 
然而,在大灭绝事件之后不久,一种平缓的生物多样性梯度模式出现了。在任何纬度上,物种多样性都没有出现峰值,这是由于极端变暖和海洋缺氧(海水中氧气耗尽),赤道附近的物种灭绝率很高。
 
在陆地上,在大灭绝中幸存下来的脊椎动物很快形成了双峰模式,最高峰出现在北半球的低纬度地区,而次高峰出现在南半球的中纬度地区。这种模式的形成很可能由泛大陆的极端气候条件驱动,包括高温和季节性强降雨,与 “巨型季风” 的形成有关。
 
在三叠纪后期,随着另一次大灭绝事件的临近,大多数陆地脊椎动物,包括早期哺乳动物和早期恐龙,在赤道以北和以南的中纬度地区表现出了高度的多样性。这种模式类似于大灭绝之前的二叠纪时期陆地脊椎动物的记录。
伪鳄类 | 图源:Dallas Krentzel via Flickr under CC BY
 
但其中一个例外是伪鳄类(pseudosuchian),也就是由鳄目动物及其化石亲缘物种组成的群体。有趣的是,尽管其他物种的生物多样性的纬度性在随后的2亿年中发生了变化,到达了今天的赤道,但在伪鳄类的整个进化史中,它们的生物多样性一直在低纬度地区保持着最高水平。
 
这可能是由于它们的生理特征,特别是耐高温的特点。爬行动物是变温动物,也就是常说的 “冷血” 生物,它们依靠外界环境来调节体温。如今,鳄和其他爬行动物被限制在世界上温度更高、更稳定的地区,它们的化石近亲可能同样如此。
 
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这些对过去大灭绝事件的洞察,对于理解地球上目前生物多样性区域是如何变化的至关重要。随着全球气温持续上升,一些研究预测物种将从赤道地区向两极扩散。然而,如果变化的速度过快,它们就有灭绝的风险。
 
其他一些人认为,全球变暖也许会导致不同纬度的气候变得更加相似,从而可能在中纬度地区创造出生物多样性的峰值。已经有证据表明,在过去的50年里,海洋生物多样性的纬度性变得越来越趋近于双峰模式。
 
科学家认为,所谓的 “第六次大灭绝” 迫在眉睫,我们更加需要一种长期的视角理解如何在未来维持地球的生物多样性。
 
作者简介
 
Emma Dunne,伯明翰大学地理、地球和环境科学学院博士后研究员。
 
Bethany Allen,利兹大学地球与环境学院博士生。
 
参考资料
 
https://theconversation.com/prehistoric-creatures-flocked-to-different-latitudes-to-survive-climate-change-the-same-is-taking-place-today-163309
 
文章来源于原理



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