《SCIENCE ADVANCES》揭秘二叠纪末大灭绝后海洋群落高相似性的成因

《SCIENCE ADVANCES》：Physiology and climate change explain unusually high similarity across marine communities after end-Permian mass extinction

为探究二叠纪末大灭绝后全球生态系统分类同质化的原因，研究人员以海洋双壳类和腹足类化石为对象，结合生态生理模型与气候模拟。结果表明，热带幸存者追踪适宜栖息地扩张可解释生态系统同质化，该研究为理解古生态演变提供新视角。

　　

在地球漫长的演化历程中，二叠纪末大灭绝是一场极其惨烈的生态灾难，约 2.52 亿年前，这场灾难导致全球生物多样性锐减 。此后，全球生态系统出现了分类同质化的现象，即不同地区的生物群落组成变得越来越相似，但背后的原因却一直是个谜。了解这一现象的成因，对于认识地球生态系统的演变规律、预测未来生态变化具有重要意义。

为解开这个谜团，国外研究人员开展了一项深入研究。他们聚焦于海洋双壳类和腹足类化石，这些生物在化石记录中相对丰富，有助于量化采样、生存和迁移对海洋群落分类相似性的影响。研究人员将化石相似性模式与生态生理模型预测结果进行对比，该模型结合了动物栖息地的生理限制和二叠纪 / 三叠纪（P/Tr）气候变化的地球系统模型模拟，以此探究生态系统同质化的原因。相关研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是收集并处理全球海洋双壳类和腹足类化石数据，从 Paleobiology Database 下载数据后，进行筛选和网格化处理；二是利用生态生理模型和气候模型模拟 P/Tr 过渡时期的海洋环境变化及生物栖息地分布；三是采用多种相似性度量指标，如生物地理连通性（BC）、Jaccard 系数和量化的 Czekanowski 系数，分析化石和模型数据中的群落相似性变化。

研究结果如下：

• 相似性随距离衰减：研究人员计算了三种相似性度量指标，发现从长兴期到印度期，采样良好（n≥20 次出现）的细胞的 BC 值从 0.25 增加到 0.63 。Jaccard 系数和 Czekanowski 系数显示，灭绝前相似性随距离增加而降低，而灭绝后相同距离的细胞间相似性显著增加，且不受细胞面积和距离的影响，在不同纬度区域均有体现，这表明分类同质化确实发生。

• 特有灭绝和幸存者扩张：计算长兴期化石记录中受害者和幸存者的相似性发现，仅特有属的选择性灭绝无法充分解释海洋生态系统的分类同质化，生物地理扩张才是造成生物同质化的主要原因。

• 环境耐受性推动同质化：通过模拟二叠纪末灭绝和最早三叠纪的生存情况，研究发现模型模拟的生态系统相似性变化与化石数据一致。由于热带幸存者生理生态位扩张和高纬度特有受害者的灭绝，导致生态系统同质化。热带生态生理型具有较高的缺氧耐受性和弱温度敏感性，能在温暖、低氧环境中生存并扩张栖息地，而高纬度生态生理型则因气候变暖失去适宜生存环境而灭绝。

研究结论表明，栖息地追踪足以解释灭绝后海洋生态系统的分类同质化现象。从化石数据来看，幸存者追踪适宜栖息地的扩张是分类同质化的主要原因；生态生理模拟也预测了因温暖、低氧条件扩张导致的同质化，且与化石记录相符；同时，灭绝模式也与温度相关的缺氧导致栖息地和属的丧失一致，温度和氧气是现代海洋生物地理分布的有效预测指标。

该研究具有重要意义，一方面，为解释 “灾难分类群” 的出现提供了新依据，表明这些分类群的优势反映了对非生物条件的响应，其兴衰与当时的海洋环境变化密切相关；另一方面，对理解三叠纪海洋生态系统恢复的速度和模式有重要启示，早期三叠纪海洋环境的均质性可能限制了生物多样性的恢复，这也为预测当前生物多样性危机下生态系统的变化提供了参考，提示现代人类活动导致的生态同质化可能对生物圈恢复产生深远影响。