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科研人員研究發(fā)現(xiàn) 海洋含氧量控制三葉蟲(chóng)大小演化
光明日?qǐng)?bào)南京5月4日電（記者蘇雁 通訊員姬尊雨）體型一直是人類了解生物的重要特征，它不僅決定了生物的運(yùn)動(dòng)、捕食和生存策略，也深刻影響著生物與生態(tài)系統(tǒng)的互動(dòng)。作為最具標(biāo)志性的古生物類群之一，三葉蟲(chóng)是無(wú)脊椎動(dòng)物化石類群中的明星，也是人們探索古生代生物演化的理想對(duì)象。中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科研人員與國(guó)外科研人員合作，建立了迄今最全面的寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)三葉蟲(chóng)體型數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)三葉蟲(chóng)的體型演化開(kāi)展綜合研究，研究成果日前在線發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》上。
針對(duì)生物體型演化的模式和驅(qū)動(dòng)力，學(xué)界已經(jīng)提出了許多不同的理論：柯普法則認(rèn)為生物的體型會(huì)隨著演化自行增大，而伯格曼法則強(qiáng)調(diào)環(huán)境因素如溫度對(duì)生物體型塑造的重要作用。同時(shí)，科學(xué)家們也識(shí)別出了其他不同的體型演化模式。但是，過(guò)去科學(xué)家的研究多聚焦于脊椎動(dòng)物化石類群，對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物化石類群的研究甚少。三葉蟲(chóng)化石非常豐富，體型差異也很大（從2毫米到超過(guò)70厘米），是展開(kāi)無(wú)脊椎動(dòng)物化石體型演化研究的絕佳素材。
此次研究中，科研人員測(cè)量了來(lái)自1091個(gè)三葉蟲(chóng)屬的4732個(gè)成年背殼的體型值，創(chuàng)建了迄今最全面的全球寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)三葉蟲(chóng)的體型數(shù)據(jù)庫(kù)。
經(jīng)過(guò)對(duì)體型數(shù)據(jù)庫(kù)的全面分析發(fā)現(xiàn)，在全球尺度上，寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)三葉蟲(chóng)體型演化呈現(xiàn)階段性（幕式演化），即體型在某些事件中發(fā)生快速變化，之后長(zhǎng)期停滯，直到下一次變化事件。無(wú)論是將三葉蟲(chóng)作為一個(gè)整體，還是具體分析更小的演化單元，三葉蟲(chóng)的體型演化均沒(méi)有展示趨勢(shì)性，這說(shuō)明柯普法則在三葉蟲(chóng)中不適用。
在排除生物自身的演化驅(qū)動(dòng)力后，研究人員將目光轉(zhuǎn)向環(huán)境因素。經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)，在海洋缺氧時(shí)期三葉蟲(chóng)的體型較小，而氧氣較為充分時(shí)期三葉蟲(chóng)的體型則較大。這種相關(guān)性再次為氧氣對(duì)生物演化的控制提供了重要實(shí)證。同時(shí)，考慮到大型三葉蟲(chóng)基本都是捕食者，耗氧量高，氧氣的這種影響就不難理解了。
根據(jù)伯格曼法則，氣候變冷被認(rèn)為能夠促進(jìn)體型的增大，比如大象、鯨魚(yú)等生物均是在新生代全球變冷的大背景下逐步大型化的。但從寒武紀(jì)晚期到奧陶紀(jì)晚期，溫度的持續(xù)變冷并沒(méi)有對(duì)三葉蟲(chóng)的體型產(chǎn)生明顯的影響。相比晚新生代冰期，三葉蟲(chóng)時(shí)代的氣候變冷是在含氧量很低的背景下發(fā)生的，這或許說(shuō)明，相比溫度，氧含量是更基礎(chǔ)的生物體型控制因素。當(dāng)氧含量上升到一定高度后，氣候?qū)w型的影響才逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。
不同體型的生物在面對(duì)環(huán)境變化時(shí)的敏感程度是不同的。此次研究顯示，環(huán)境惡化導(dǎo)致的三葉蟲(chóng)體型減小情況，要比整體海洋生物多樣性的減少早了數(shù)百萬(wàn)年，這說(shuō)明大型三葉蟲(chóng)面對(duì)環(huán)境變化更為敏感?！叭~蟲(chóng)的例子再次說(shuō)明大型動(dòng)物的滅絕可能是環(huán)境惡化的警鐘，這為我們理解今天的生物多樣性危機(jī)提供了參考。”中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所“地球—生命系統(tǒng)早期演化團(tuán)隊(duì)”博士孫智新說(shuō)。
《光明日?qǐng)?bào)》（2025年05月05日 03版）
來(lái)源：光明網(wǎng)-《光明日?qǐng)?bào)》
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