地大新聞網(wǎng)訊（記者 王俊芳）在三疊紀(jì)以前的海洋里，腕足類動(dòng)物一直在溫暖的淺海中繁衍生息，是當(dāng)時(shí)海洋中最常見的底棲生物，比體型相似的雙殼類繁盛得多；但在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交（2.52億年前）生物大滅絕后，雙殼類迎頭趕上并超越腕足動(dòng)物，全面接管了海洋生物群落，遍布全球海洋的每一個(gè)角落，而此時(shí)腕足類卻全面衰敗，成為海洋的邊緣分子，是什么原因?qū)е聝烧呓y(tǒng)治地位的轉(zhuǎn)換，學(xué)界持不同觀點(diǎn)。
近日，我校生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳中強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)與英國布里斯托大學(xué)邁克˙本頓教授團(tuán)隊(duì)合作，利用高性能計(jì)算機(jī)，通過古生物大數(shù)據(jù)，對(duì)腕足類與雙殼類的統(tǒng)治角色轉(zhuǎn)換問題進(jìn)行了詳細(xì)的古生態(tài)模擬分析，結(jié)果表明兩者在宏演化尺度上不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，2.52億年前的大滅絕事件與環(huán)境因素才是導(dǎo)致這兩類生物在海洋生物群落的統(tǒng)治地位上發(fā)生取代的根本原因。相關(guān)成果以《貝葉斯模擬分析揭示二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交大滅絕后雙殼類并沒有驅(qū)使腕足動(dòng)物的衰敗》為題，發(fā)表在國際著名期刊《自然·通訊》。
近5億年來腕足類與雙殼類的多樣性變化。二疊紀(jì)與三疊紀(jì)之交兩者發(fā)生多樣性轉(zhuǎn)換；大滅絕前腕足類的多樣性遠(yuǎn)高于雙殼類，大滅絕后則相反。
2.52億年前的二疊紀(jì)末期發(fā)生了地球生命最大的滅絕事件，此次大滅絕前后，發(fā)生了地質(zhì)歷史中最為顯著、規(guī)模最大且最快速的生物取代事件，即海洋中古生代類型的生物被現(xiàn)代型生物所取代。而其中，海洋中兩類貝殼動(dòng)物腕足—雙殼的取代（俗稱BBS）關(guān)系是古生物學(xué)教科書上最為典型的生物取代案例之一。早在近兩個(gè)世紀(jì)前，古生物學(xué)家就開始探討導(dǎo)致本次生物取代的驅(qū)動(dòng)力，并不斷地修正BBS取代模式，但其驅(qū)動(dòng)力一直懸而未決。
左圖：美國泥盆紀(jì)腕足類化石。圖片源自Daderot（Wikimedia Commons）。右圖：西澳大利亞貝殼灘（shell beach）的現(xiàn)代雙殼類。陳中強(qiáng)拍攝。
腕足類和雙殼類動(dòng)物具有相似的形態(tài)以及生態(tài)位置的重疊，自19世紀(jì)六十年代起，人們即假設(shè)兩者具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，具有生理優(yōu)勢(shì)的雙殼類逐步取代了古生代劣勢(shì)的腕足類。然而，也有不同觀點(diǎn)認(rèn)為兩者不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而是二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交大滅絕事件導(dǎo)致了這次轉(zhuǎn)換。為了解決這一爭(zhēng)論，研究團(tuán)隊(duì)利用高性能計(jì)算機(jī)，對(duì)五億年來的近33萬條關(guān)于腕足動(dòng)物和雙殼動(dòng)物化石記錄進(jìn)行了厘定和修正，用貝葉斯生態(tài)模擬的分析方法，計(jì)算出這兩類生物長(zhǎng)時(shí)間尺度的新生與滅絕速率。結(jié)果表明兩者在侏羅紀(jì)之前具有彼此相似的多樣性速率演化趨勢(shì)，證明兩者均受到主要環(huán)境事件的影響（圖3）。
奧陶紀(jì)以來雙殼類（a-c）與腕足類（d-f）的多樣性演化速率與多樣性變化。
在生命的長(zhǎng)河中，生物宏演化通常受到生物因素（即“紅皇后”假說，物種的變化）和非生物因素（即“宮廷小丑”假說，環(huán)境的變化）的共同驅(qū)動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)利用多變量生滅模型，模擬不同生物與非生物因素對(duì)兩者多樣性演化速率的影響，發(fā)現(xiàn)大滅絕后整個(gè)海洋生物多樣性的銳減促進(jìn)了兩者新生率上升，而雙殼類與腕足類并不存在顯著的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。值得注意的是，在轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵時(shí)期，即大滅絕后，急劇升高的海水溫度限制了腕足動(dòng)物的生存與復(fù)蘇，但雙殼類沒有受到影響。
研究結(jié)果表明，2.52億年前的大滅絕事件對(duì)腕足類造成了災(zāi)難性的打擊，從而導(dǎo)致了兩類動(dòng)物多樣性的轉(zhuǎn)換；雙殼與腕足對(duì)外界環(huán)境耐受程度上的差異進(jìn)一步加速了這一轉(zhuǎn)變的發(fā)生。
陳中強(qiáng)表示：“此研究強(qiáng)調(diào)了環(huán)境因素對(duì)生物宏演化歷史的塑造作用，面對(duì)如今全球快速變化的氣候環(huán)境，如何進(jìn)行生物保護(hù)，避免腕足類悲劇的再度發(fā)生是迫切需要考慮的問題。”
該文章第一作者為生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士生郭鎮(zhèn)；陳中強(qiáng)教授與邁克˙本頓教授為共同通訊作者；布里斯托大學(xué)博士生約瑟夫˙費(fèi)蘭納里-薩瑟蘭也參與了本項(xiàng)工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、國家留學(xué)基金委、英國自然環(huán)境研究理事會(huì)（NERC）的共同資助。（審稿 陳華文）
論文信息：
Guo, Z., Flannery-Sutherland, J.F., Benton, M.J., Chen, Z.-Q. 2023. Bayesian analyses indicate bivalves did not drive the downfall of brachiopods following the Permian-Triassic mass extinction. Nature Communications, 14, 5566.https://doi.org/10.1038/s41467-023-41358-8
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