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生物多样性的进化-不断增长还是已经到了极限-

保护生物多样性是我们这个时代的主要争论之一,但最近几十年进化专家们争论的另一个话题是生物多样性在过去几亿年间是如何变化的。新的发现对传统的观点提出了挑战。

增加关于生物多样性历史模式的知识也可以帮助我们了解动物的适应能力,以及气候变化对进化意味着什么。

传统观点认为,物种的多样性在过去2亿年里不断增加,特别是在最近的1亿年里,这导致了现在比以往任何时候都更加多样化。但最近的一些研究表明,生物多样性基本保持不变,只有偶尔的激增。

一项关于陆地物种的最新研究称:“我们的发现与过去的研究大相径庭。过去的研究表明,在过去的1亿年里,当地和区域范围内的物种多样性无限增加。”在白垩纪末期恐龙大灭绝之后的几百万年里,随着哺乳动物开始繁荣,物种多样性短暂地增加了两到三倍,但在过去的6600万年里,它没有发现任何证据表明物种多样性增加了。

在一项关于海洋物种的研究中,情况也类似,研究人员发现,在过去2亿年间,海洋生物多样性几乎没有变化。

英国伯明翰大学的古生物学家理查德·巴特勒教授说:“我们发现,生态系统在几千万到几亿年间的多样性是相对稳定的。”巴特勒教授参与了这两项研究,都是TERRA项目的一部分。“它不是指数增长,更像是一个短期的急剧增长,然后是一条相对平坦的线。”

巴特勒教授说,研究结果表明,物种多样性受到一定的限制,物种数量最终会受到水资源和空间等资源可得性等因素的限制。他说,各种各样的研究人员已经朝着这一观点前进了一段时间,但是像TERRA项目所采用的新方法已经帮助支持了这一证据。

通货膨胀

巴特勒教授解释说,揭示这一变化图景的方法,有助于减少专家长期以来面对的化石记录偏见的挑战。问题是,在更近的过去,保存下来的化石数量越多,就会导致人为的多样性膨胀。

他们的方法之一是从区域角度而不是全球角度来看问题。巴特勒教授说:“这个领域有一个传统,那就是我们感兴趣的是试图了解全球生物多样性……但随着时间的推移,你可能会发现整块大陆在一段时间间隔内没有采样(因为没有发现化石)。”

研究人员以过去20年在古生物学数据库中收集的数据为基础,该数据库收集了整个地质历史中生物的全球分类数据。然后,他们创造了一种算法,对一直以来发现化石的类似大小的区域进行采样。

通过使用这些方法,他们的研究强调了在不同时间不同地点的多样性的显著差异——例如,在赤道地区的多样性往往比在两极地区的多样性要高得多——强调了通过区域视角来获得全局的必要性。

研究人员也开始将他们的研究结果与气候模型制作者的数据结合起来。他们想要了解气候变化如何长期影响生物多样性的分布,他们正在做的是通过观察当某些动物存在时,全球和世界不同地区普遍存在的条件类型。

然而,巴特勒教授指出,考虑到数据库中存在的诸多空白,从化石记录中估计生物多样性的水平仍然具有挑战性。例如,与哺乳动物相比,牙齿更难用来区分恐龙。

趋势

法国国家科学研究中心(French National Centre for Scientific Research)的进化生态学家海伦·莫伦博士(Helene Morlon)在过去的研究中发现了不同的图景,突显出梳理历史生物多样性趋势的复杂性。

她的研究结果表明,与TERRA的研究不同,生物多样性没有固定的界限,但随着地质年代的推移,生态位或栖息地变得更加拥挤,新物种出现的速度会减慢。她说:“我们发现,物种多样性并没有受到限制,只有固定数量的物种不会发生变化,也没有呈指数增长,但多样性积累的方式却出现了这种类型的放缓。”

莫伦在她领导的一个名为“熊猫”(PANDA)的项目中发现了这种减速的进一步证据。该项目试图开发更好的模型和工具,利用进化树或系统发育树的数据,在更小的尺度上研究多样性。在研究结果中,研究人员确定了脊椎动物的五种主要多样化模式,为深入了解生物多样性的进化提供了一个框架。

他们也有一个令人惊讶的结果。他们发现证据表明,在过去6600万年的寒冷时期,鸟类和哺乳动物的体型进化速度更快,尽管他们发现,在较冷的气候条件下,物种的整体多样化倾向于放缓。

研究人员认为,这一结果可能是因为身体大小与温度有特定的关系,或者更广泛地说,某些特征可能与多样化无关。所有这些都表明,我们需要进一步研究身体特征的进化和多样化之间的联系。

“不同进化水平之间的联系非常复杂,而且并不为人所知,”莫伦博士说。“我们需要相当复杂的模型,这些模型不那么容易开发。”

然而,尽管仍有许多问题有待解决,但这一领域的发展可能也适用于现代问题。

虽然研究人员强调,过去进化趋势不直接可翻译今天因为截然不同的时间尺度,他们说研究能提供一些线索的物种的适应能力和组合特征如喂养模式或大小,把物种处于危险之中。这项研究还可能为人类驱动的气候变化如何影响未来的进化提供启示。

莫伦博士说:“我们可以在这些时间尺度上估计当温度变化那么多度时会发生什么——对进化速率有什么影响?”“这至少也给我们提供了一个视角来理解生物多样性如何应对当前的变化。”

多样化

与此同时,有关多元化的争论仍在继续。

在英国布里斯托尔大学研究古脊椎动物的迈克尔·本顿教授一直是生物多样性不断增加的坚定支持者,并且仍然倾向于这一观点。

虽然他同意化石记录是不完整的,但他说化石顺序的大致轮廓并没有误导人,并广泛地记录了“主要群体随时间的兴衰”。

本顿教授引用了当今10,000个物种的鸟类繁殖的例子。他说,认为生物多样性自鸟类出现以来就一直保持不变,就像认为鸟类物种取代了类似数量的已存在的飞行动物物种一样。

同样,他说:“曾经有一段时间,动物没有形成礁石,也没有在海床下挖洞;然后这些创新出现了,这可能允许了生物多样性的净增加。”

然而,他也同意,这些问题的答案还远未明确,要弄清问题的真相还需要做更多的工作——但是,计算机工具的许多进步给了我们很大的帮助。

本顿教授说:“化石记录在多大程度上为生命提供了合理的图景,这个问题似乎仍未解决。”“生活是否通过无数的跳跃和步骤(持续地)变得多样化……或者事实上达到了一种充分的能力,然后没有太多改变,这仍然是一个激烈的争论。”

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