研究表明晚新生代气候变冷在生物地理学上改变了海洋浮游生物群落

有孔虫很小，有壳。这种有孔虫属于Dentoglobigerina altispira物种，该物种大约在300万年前灭绝，可能是由于北半球冰盖的扩张。Credit: Adam Woodhouse

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by Harvard University）：研究海洋生物地理模式的变化以及影响这些模式在地质时期的因素，可以帮助科学家了解生物当前对人类驱动的气候变化的反应。例如，研究人员知道，海洋生物正在地理上向地球的两极转移，以应对人类驱动的气候变化。然而，预测物种转移的程度以及这种转移如何与灭绝事件交织在一起并不容易。

然而，一组生物，浮游有孔虫，最近帮助研究人员回答了新生代晚期气候事件如何重建全球海洋浮游生物群落，这可能有助于预测地球当前的气候变化对所有海洋生物的影响。

浮游有孔虫是具有钙质(碳酸钙)外壳的单细胞海洋真核生物。它们的方解石外壳有助于保存这些微小的生物，它们作为微型化石被埋在海底。它们的生理机能，包括它们的外壳，对周围环境的变化非常敏感，这使得它们的钙质遗骸可以作为海洋水柱中过去和现在环境条件的气候示踪剂。

在《自然》杂志的一项新研究中，研究人员检查了浮游有孔虫(有孔虫)化石，发现全球海洋纬度带向赤道移动，可能是由两极冰盖的发展驱动的。该研究进一步表明，这种转变与功能特征和物种多样性的结合无关，而是与生物的生态和形态特征相结合。

“在现代生态学中，我们认为物种多样性和功能特征是同义词，”合著者Anshuman Swain说，他是哈佛大学生物和进化生物系的博士后研究员，也是哈佛大学研究员协会的初级研究员。“但是，回顾过去，我们发现这种相关性在200万年后就不复存在了，所以我们可以用这种相关性来预测未来气候变化的假设可能是错误的。”

Swain和共同主要作者Adam Woodhouse是德克萨斯大学奥斯汀分校地球物理研究所的博士后研究员，他们检查了晚新生代浮游有孔虫的化石数据，特别是最近800万年的化石数据，以了解它们的相对分布如何响应气候事件。然而，Swain和Woodhouse没有关注物种多样性，而是根据生态群(它们生活在水柱中)和形态群(它们外壳的形态类别)的生态特征对数据进行了分类。

有底栖生物和浮游生物类型的有孔虫。浮游有孔虫漂浮在海洋的上游。这种位置很重要，因为许多其他生物的全球分布与有孔虫相关，因为它们在食物链中的位置较低。许多海洋生物(如食肉鱼、鱿鱼、磷虾、鲨鱼和鲸目动物)依赖稳定的食物链，因此有孔虫如何应对气候变化可以预测这些和其他生物。

研究这些生物的另一个好处是化石数据的无与伦比的质量。研究人员将网络科学方法应用于Triton，这是一个全球浮游有孔虫记录数据集，包含50多万个个体物种。这些标本是由国际海洋钻探计划在超过50年的科学海洋钻探过程中收集的。

左图显示了纬度地区的变化，其中所有的群体都同样丰富，并且多样性最高(蓝色)。由于微粒有机碳和氧的可用性随深度增加，以及两极冰盖的存在，这些带从高纬度到中纬度(800万年前)转移到今天的低纬度，这增加了高纬度和低纬度之间的温度梯度。(右图中的SML指的是表面混合层，这里的湍流是由风产生的，蒸发或海冰形成等过程导致盐度增加)。Credit: Anshuman Swain

“浮游有孔虫的化石记录代表了一个令人难以置信的生物档案，并展示了比任何大型无脊椎动物群的最佳属级记录更好的新生代物种级记录——使它们成为我们研究的完美解决方案，”伍德豪斯说。

研究人员观察了有孔虫的17个形态群和6个生态群。大多数研究考察物种是如何出现和变化的。在这项研究中，研究人员询问了生物如何从生态角度对气候变化和环境因素做出反应。

“生态类群和形态类群在整个新生代是更一致的类群，”Swain说，“所以它们比物种研究有优势，物种研究是不一致的类群。这使得从性状而非物种来进行预测变得更加容易。”

他们收集了大量特征数据，并绘制了新生代晚期(0-1500万年)生态群和地貌群的生物地理分布模式。他们的发现显示了全球纬度向赤道地区的转移，特别是在过去的800万年里，在生态和形态群体的进化枝范围内。

“一旦我们看到结果，我们说这是野生的，”斯温说。“在这种转变之前，一切都是随机的，没有明显的模式。但随后，随着冰盖的形成，发生了强烈的转变。”

该研究显示了过去800万年浮游有孔虫的动态生物地理学，包括生物多样性模式的大规模空间重组，这似乎与两极冰盖的出现有关。极地冰盖的扩张影响了生态群体最快乐的纬度，导致他们由于许多因素而转移，包括氧气最容易获得的地方。令人惊讶的是，仅从物种数据来看，这种趋势并不明显。

“我们不知道造成这种情况的确切原因，”斯温说，“但是你可以拥有同样丰富的物种，而不需要了解不同的生态系统。我们确实看到了生态团体显示出这种趋势。这意味着这一气候事件影响了有孔虫的分布，进而影响了其他生物的分布。有孔虫与人类重要的海洋动物群体的相关性可能会使我们预测由持续的气候变化驱动的它们的范围和群落结构的更多变化。”

伍德豪斯说:“地球目前的生物圈已经缓慢地进化了数百万年，以适应冰河时代的世界。”“因此，我们记录的趋势可能令人担忧，因为如果人类驱动的气候变化突然将我们带到800万年前(冰川作用之前)的地球，我们可能会对整个海洋的海洋群落进行有害的重组。”