大灭绝后消亡和起源模式发生变化
Jenner编译 面对事实，这就是“未来奇迹”的原因。大灭绝事件将海洋生物圈转变为一个新的宏观进化机制，大灭绝后恢复的进化动力似乎在其后果中塑造生物圈方面也发挥了被低估的作用。大多数类别在背景间隔和大规模灭绝之间在起源和灭绝选择性方面表现出差异，选择性方向因类别而异，并且总体而言在大规模灭绝后的起源期间表现出比大规模灭绝期间的灭绝更强的选择性。
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奥陶纪时期的三叶虫化石，存在于大约 485 至 4.43 亿年前。对过去 5 亿年中大部分时间的海洋化石的新分析表明，在大规模灭绝及其恢复过程中，体型演化变化的通常规则。图片来源：史密森
大灭绝后消亡和起源模式发生变化
作者：乔西·加思瓦特， 斯坦福大学
2021 年 10 月 6 日
斯坦福大学的科学家们发现了一个惊人的模式，即生命如何从灾难中复苏。10月6日发表在《英国皇家学会学报B》上的研究表明，不仅在大灭绝期间，而且在随后的恢复期间，体型进化的一般规律也发生了变化。
自 1980 年代以来，进化生物学家一直在争论大规模灭绝和随之而来的恢复是否加强了正常时期的选择标准，或者从根本上改变了标记物种群落毁灭的特征。这项新研究在对过去 5亿年中大部分时间的海洋化石进行全面分析时发现了后者的证据。
作者写道，进化动力学是否以及如何在全球毁灭之后发生变化，“不仅对理解现代生物圈的起源，而且对预测当前生物多样性危机的后果具有深远的影响”。
“最终，我们希望能够查看化石记录并用它来预测什么会灭绝，更重要的是，什么会回来，”主要作者、斯坦福大学地球环境科学、能源与能源学院的博士后学者佩德罗·莫纳雷斯 (Pedro Monarrez) 说。。“当我们仔细观察世界海洋 4.85 亿年的灭绝和恢复时，根据某些群体的体型大小，似乎确实存在一种模式。”
重建更小？
这项研究建立在斯坦福大学最近的一项研究基础上，该研究考察了海洋动物的体型和灭绝风险，这些动物分为属，比种高出一个分类学水平。这项研究发现，平均而言，体型较小的物种比体型较大的物种灭绝的可能性相同或更大。
新的研究发现，在大规模灭绝之间的很长一段时间内，这一模式在10类海洋动物中都适用。但大规模灭绝以不可预测的方式改变了规则，一些种类的小属灭绝的风险变得更大，而另一些种类的大属灭绝的风险更大。
结果表明，海百合类中较小的属——有时被称为海百合或仙女钱——在大规模灭绝事件中被消灭的可能性要大得多。相比之下，在“背景”间隔期间，受害者和幸存者之间没有出现可检测的大小差异。在三叶虫中，一种与现代鲎有远亲关系的多样化群体，在背景间隔期间，随着体型大小的增加，灭绝的可能性非常小——但在大规模灭绝期间，随着体型的增大，灭绝的可能性就会增加约八倍。
当他们超越海洋物种，考虑到它们是同类的第一批物种时，作者发现在灭绝之前和之后，身体大小模式的变化更为显著。在背景时期，新进化的属往往比以前的属稍大一些。在从大灭绝中恢复的过程中，这种模式发生了转变，与在大灾难中幸存下来的留守物种相比，大多数物种中的原始物种更为常见是变得更小。
包括海蜗牛在内的腹足动物属是重建较小模式的少数例外。在恢复间隔期间起源的腹足动物属往往比先前灾难的幸存者更大。作者写道，几乎全面，“无论方向如何，在大规模灭绝事件及其恢复间隔期间，对身体大小的选择性都比背景时期更为明显。”
可以把这看作是生物圈的版本，在输掉一场大赛后，选择先发球员和替补球员的依据更多是身高和体重，而不是技术。在进化的弧线中，这个游戏计划很可能有一个逻辑。“我们的下一个挑战是确定为什么在大规模灭绝后如此多的起源物种体型很小，”资深作者乔纳森· 佩恩说，他是斯坦福地球的多雷尔·威廉·柯比教授。
科学家们还不知道这些原因是否可能与全球环境条件有关，例如低氧水平或温度升高，或者与生物与其当地环境之间相互作用的相关因素，例如食物短缺或掠食者的缺乏。根据佩恩的说法，“确定这些模式的原因不仅可以帮助我们了解我们当前的世界是如何形成的，还可以预测对当前灭绝危机的长期进化反应。”
化石数据
这是 佩恩研究小组的一系列论文中的最新一篇，这些论文利用统计分析和计算机模拟来揭示海洋化石记录中体型数据的进化动力学。2015 年，该团队招募了高中实习生和本科生，帮助从照片和插图中计算出数千种海洋属的体型和体积。由此产生的数据集包括科学界已知的大多数无脊椎动物化石动物属，并且至少比以前任何化石动物体型汇编数据大 10 倍。
该小组此后扩展了数据集并将其用于模式。在其他结果中，他们发现更大的体型已成为地球生命历史上第一次成为海洋动物灭绝风险的最大决定因素之一。
在这项新研究中，莫纳雷斯、佩恩 和塔夫茨大学的合著者诺埃尔· 海姆使用来自海洋化石记录的体型数据来估计在过去 4.85 亿年的大部分时间里作为体型函数的灭绝和起源的可能性。通过将他们的体型数据与公共古生物学数据库中的化石记录配对，他们能够分析属于 10,203 属的海洋动物的 284,308 次化石记录。“这个数据集使我们能够记录不同动物群体的进化模式如何在大规模灭绝到来时发生变化，”佩恩说。
未来复苏
其他古生物学家观察到，在大规模灭绝之后，体型较小的动物在化石记录中变得更加普遍——通常将其称为“小人国效应”，以乔纳森·斯威夫特 18 世纪小说《格列佛游记》中的小人王国命名。
新研究的结果表明，动物生理学为这种模式提供了合理的解释。作者发现，在大多数活动水平低、代谢较慢的海洋动物中，都存在典型的萎缩模式。这些种群中在大灭绝后首次进化的物种往往比那些在背景时间间隔内起源的物种拥有更小的身体。相比之下，当新物种进化成代谢更快、更活跃的海洋动物群体时，它们往往在灭绝后拥有更大的身体，而在正常时期则拥有更小的身体。
结果突出了大灭绝作为两幕戏剧之一。“灭绝部分不仅通过移除大量生物或许多物种来改变世界，而且通过以各种选择性模式移除了它们。然后，复苏期不仅对每个幸存下来的生命都是平等的。一系列新的偏向进入复苏模式，”佩恩说。“只有将这两者结合起来，你才能真正了解灭绝事件后五百万年或一千万年的世界。”
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更多信息：佩德罗·莫纳雷斯等人，大规模灭绝改变了与体型相关的灭绝和起源动力学，皇家学会会刊 B：生物科学（2021 年）。期刊信息：英国皇家学会会刊 B
通过提供 斯坦福大学
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