生態大危機后海洋生物復蘇之謎揭示

7月6日，從中國地質大學（武漢）獲悉，該校生物地質與環境地質國家重點實驗室陳中強教授團隊，聯合英國布里斯托大學Michael J. Benton教授、美國南加州大學David J. Bottjer教授，及地質過程和礦產資源國家重點實驗室趙來時教授團隊等國內外合作者，利用遺跡化石大數據，以二疊紀—三疊紀之交為例，評價以軟軀體生物為主導的內生動物生態系統，在生態大危機之后的抗災恢復能力，揭示它們在溫室海洋中的復蘇過程和機制。

相關成果在《科學·進展》“亮點文章”欄目發表。文章第一作者為生物地質與環境地質國家重點實驗室馮學謙副研究員，陳中強教授為通訊作者。

軟軀體生物復蘇早于骨骼生物

發生在2.52億年前的生物大滅絕，是地球有史以來遭受最大的一次生態危機。在這次大災難中，90%以上發育骨骼的海洋物種在6萬年內永遠滅絕。

然而，海洋生物還包括那些通常不被保存下來的軟軀體動物，它們的活動行為在地史時期以遺跡化石形式保存下來。因此，遺跡化石記錄是全面評價整個海洋生態系統在生態大危機中抗災恢復能力的重要補充。

據介紹，軟軀體動物在海洋生態系統中扮演“生態系統工程師”角色，它們通過改造棲息環境物理化學性質，來增加生物地球化學梯度的復雜性等，如對沉積物中有機質的利用影響碳循環及對營養元素如氮、磷等的再循環作用，增強生態空間的開拓和營養物質利用，從而對生物多樣性產生顯著的正反饋作用。

目前，學術界對大滅絕后生態系統工程是否對生態系統復蘇產生影響，及其潛在反饋機制和環境制約尚不清晰。

上述研究通過對我國26條代表不同環境的二疊系—三疊系地層剖面記錄的2萬余枚遺跡化石進行系統研究，定量評價遺跡多樣性、遺跡差異度、生態空間利用及生態系統工程等動物行為和生態參數的演化趨勢，發現軟軀體生物在大滅絕后約300萬年（早三疊世斯密斯亞期）就已復蘇，遠遠早于骨骼生物復蘇，后者直到大滅絕后800萬年（中三疊世）才全面復蘇。此外，多種定量相關性模擬分析表明，軟軀體生物的復蘇過程與外部環境變化相關性很低，表明大災難后海洋生態系統的復蘇過程相比外部環境制約，可能更受控于海洋內部生物之間的相互作用。

生態系統偏害共存

同時，研究人員通過相同環境中遺跡和實體化石記錄對比研究發現，生態大危機后，軟軀體生物的“生態系統工程師”和具骨骼的游泳生物多樣性均在斯密斯亞期恢復到大滅絕前水平。游泳生物具備自由移動能力，在大危機中能迅速逃離惡劣環境條件，避難至更有利的環境中，它們處于食物鏈頂層。

相反，造跡生物棲居海底表面或沉積物中，處于食物鏈金字塔下層。這兩種功能群生物卻在大滅絕300萬年后同時復蘇，反映食物鏈下層的造跡生物通過營養和能量“自下而上”的傳遞機制，對上層高級消費者產生明顯正反饋作用。

研究還發現，在碳酸鹽巖臺地—緩坡等淺水環境中，軟軀體內棲生物與表棲固著殼體生物之間存在偏害共生現象，即造跡生物的“推土機”行為一方面為海底沉積物帶來生機，另一方面使海底沉積物變得不穩固，堵塞表棲固著濾食生物身體的過濾結構，從而破壞表棲固著生物的棲息環境。這種偏害共生現象抑制了底棲固著生物的災后復蘇。

因此，在生態大危機之后的溫室海洋中，軟軀體生物調控了整個生態系統的復蘇過程。其中，“生態系統工程師”在一定程度上觸發了生物演化創新和輻射，重演了5億年前動物早期演化一幕。該項研究為深時生物影響環境提供了實證。