為什么有些海洋動物挺過了“大滅絕”，有些卻幾乎全軍覆沒？

約2.52億年前，二疊紀-三疊紀滅絕事件，亦被稱為“大滅絕”（Great Dying）事件，導(dǎo)致約96%的海洋物種和70%的陸地動物滅絕。然而，進化樹上的各個生物譜系并未受到同等程度的沖擊。

在遠古海洋中，這次滅絕幾乎消滅了所有腕足動物（brachiopods，外形類似蛤蜊）以及海百合（crinoids）等部分底棲動物。在地球動物進化最初約2.8億年的時間里，這些動物一直占據(jù)海底生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)地位。然而，蛤蜊、蝸牛等軟體動物僅約有一半滅絕。自那以后，海洋一直由幸存下來的軟體動物、魚類以及海星、海膽等棘皮動物所主導(dǎo)。

現(xiàn)在，在一項新發(fā)表于《美國國家科學院院刊》的研究中，一個研究團隊首次將那些在大滅絕中遭受重創(chuàng)的動物類群，以及存活情況相對較好的類群的生物學反應(yīng)納入分析。研究發(fā)現(xiàn)，遭受打擊最嚴重的是那些代謝系統(tǒng)最難適應(yīng)溫暖、低氧海水的動物類群。在“大滅絕”發(fā)生期間，由于劇烈火山活動向大氣中釋放了巨量二氧化碳、甲烷等溫室氣體，全球大部分海洋長期處于高溫、低氧狀態(tài)。

古生代與現(xiàn)代動物群的代謝差異

代謝是指生物體內(nèi)為了獲取能量和維持生命活動而進行的全部化學過程。在以“大滅絕”告終的古生代，海洋中的大部分生物主要由代謝緩慢、生活于海底、活動能力有限且以濾食為主的動物組成，例如腕足動物、海百合（屬于棘皮動物，與海星近緣）以及部分珊瑚和?？?。

現(xiàn)代動物群（左側(cè)三個樣本）和古生代動物群（右側(cè)四個樣本）的代表性標本。（圖/Sarah Leibovitz）

相比之下，在古生代之后持續(xù)繁盛的動物類群，顯示出更強的機動能力和捕食行為，因此需要更快的代謝。這些更為現(xiàn)代的海洋動物包括運動迅速的魚類，以及雖然行動較慢但能夠主動移動的蝸牛、海膽和雙殼類動物，如蛤蜊、牡蠣和貽貝等。

與腕足動物相比，雙殼類動物的代謝速度更快，對能量的需求也更高，因為它們通常具有更大的身體和發(fā)達的肌肉質(zhì)“足”，可用于挖掘和爬行。

在“大滅絕”之前，腕足動物的數(shù)量遠遠超過雙殼類。如今，現(xiàn)存腕足動物僅約400種，而雙殼類則約有1萬至1.5萬種。這種生態(tài)主導(dǎo)地位的巨大更替，可與6500萬年前非鳥類恐龍滅絕后的變化相提并論——那次大滅絕，讓哺乳動物從此接管了生態(tài)位，并且再也沒有將其讓回給爬行動物。

全球范圍的滅絕格局

這項新研究建立在2018年開展的一項研究基礎(chǔ)之上。那項研究表明，海洋缺氧和升溫是“大滅絕”的主要原因。然而，當時使用的生理學數(shù)據(jù)全部來自現(xiàn)代海洋物種，因此研究結(jié)果更偏向于經(jīng)濟價值較高的魚類和甲殼動物，而未能充分反映那些在大滅絕中損失最嚴重的動物類群。

自上一項研究完成以來，研究團隊持續(xù)開展野外調(diào)查。他們采集了能夠代表“大滅絕”前后海洋優(yōu)勢動物群的多種海洋動物，并通過呼吸測定裝置來監(jiān)測不同動物的耗氧量及其隨水溫變化的響應(yīng)。隨著溫度升高，化學反應(yīng)加快，動物的代謝速率隨之提高，因此需要消耗更多氧氣。

實驗結(jié)果表明，古生代動物群能夠在氧含量更低的海水中生存，而這樣的環(huán)境足以使現(xiàn)代動物群中的許多海洋動物窒息。然而，當水溫升高時，古生代動物群緩慢的代謝無法及時適應(yīng)，其氧需求增長速度反而快于現(xiàn)代動物群。這一現(xiàn)象最終與兩類動物不同的身體結(jié)構(gòu)有關(guān)：現(xiàn)代動物雖然基礎(chǔ)耗氧量更高，但由于具有更發(fā)達的肌肉和鰓等器官，在升溫導(dǎo)致氧需求增加時，它們能夠更有效地滿足這種需求。

換言之，升溫和缺氧是最關(guān)鍵的驅(qū)動因素。另外，也有其他研究表明，海洋酸化發(fā)揮了重要作用。大氣中的二氧化碳溶解進入海洋后，會使海水酸化，從而增加生物形成貝殼和骨骼的難度。不過，新研究認為，海洋酸化可能促進了滅絕過程，但其影響遠不及升溫和缺氧嚴重。

當今的全球變暖

在這項新研究中，研究團隊補充了古生代動物群生理學方面的數(shù)據(jù)。接下來，他們計劃進一步分析更多海洋動物類群，以深入理解海洋升溫、缺氧和酸化這三種環(huán)境脅迫因素之間相互交織的影響——這些因素在當今正日益加劇。

這一發(fā)現(xiàn)具有重要的警示意義。因為隨著海洋環(huán)境持續(xù)變化，那些對高溫和低氧環(huán)境敏感的現(xiàn)代海洋物種正面臨越來越大的生存威脅。換言之，這項研究提醒我們，歷史可能重演。

在最壞情景預(yù)測下，我們正朝著二疊紀-三疊紀時期那樣的升溫幅度發(fā)展。導(dǎo)致“大滅絕”的全球升溫約為8–12℃，這一過程持續(xù)了數(shù)千年；而如今，在短短100–200年內(nèi)，到2100年全球平均氣溫預(yù)計將比工業(yè)化前升高1.5–4℃。但好消息是，我們?nèi)匀挥袡C會改變這一趨勢，并采取行動加以應(yīng)對。

#參考來源：

https://sustainability.stanford.edu/news/researchers-confirm-cause-earths-biggest-mass-extinction

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2533086123

#圖片來源：

封面圖&首圖：Sarah Leibovitz