石炭纪至三叠纪全球生物多样性纬向分布模式通过大数据研究取得新进展

发布者:陆昀乔发布时间:2022-07-20浏览次数:18

近日,我院博士生张书涵利用古生物大数据在石炭纪至三叠纪海洋生物纬向多样性分布模式研究方面取得进展,研究成果以“Latitudinal diversity gradient dynamics during Carboniferous to Triassic icehouse and greenhouse climates”为题发表在国际地学领域顶级期刊《Geology》上。

纬向生物多样性梯度(latitudinal diversity gradient, LDG)模式一直是陆地和海洋生态和生物地理学研究的一个重要话题。现代生物多样性梯度总体上由赤道向两极递减。然而,化石数据给出了更为复杂的深时生物多样性梯度模式。之前的研究强调了能量与气候控制的重要作用,但生态学家和古生物学家就历史继承性对生物多样性梯度的影响存在分歧。解决这一分歧的重要方法之一就是建立长时间尺度下连续生物多样性的纬度分布模式。在石炭纪至三纪期间,全球气候从冰室时期(晚古生代大冰期)转变为温室乃至极热气候时期,是研究重大气候转折对全球生物多样性分布模式影响的最佳时段,也被认为是当今地球从晚新生代冰室气候向全球变暖转变的最佳参照。同时,这一长约1.5亿年的时段经历了剧烈的气候和环境变化,并导致多次重要的生物辐射、危机和复苏事件,为探讨生物多样性梯度的驱动机制提供了很好的研究对象,但是该时段缺乏连续的多门类生物多样性梯度以及不同气候下的对比研究。

该研究基于古生物数据库(Paleobiology Database)中石炭纪至三叠纪的303770个化石发现数据,筛选了海洋无脊椎动物,构建了长达1.5亿年的纬向海洋生物多样性梯度模式,并用多种方法对采样偏差和空间分布对重建的纬向多样性梯度的影响进行了定量分析。此外,通过对多种生物演化速率和生物多样性纬向变化幅度计算,精确构建了石炭纪至三叠纪冰室及温室气候下海洋无脊椎动物多样性梯度模式,并对该时段的生物多样性分布模式变化的原因提出了以下新的认识:

1、尽管冰室气候通常限制了高纬度地区的生物多样性,但生物多样性中心的位置和梯度是由多种因素控制的,而不是完全由传统观点认为的冰室和温室气候交替控制。

2、从石炭纪到三叠纪,全球海洋生物多样性的中心由南向北转移,这主要是全球板块,特别是构成当今青藏高原的特提斯洋中的各板块向北漂移所致。

3、在生物多样性的危机和复苏期间,低纬度地区生物多样性纬向变化更大,而在高纬度地区,冰室到温室的转折造成更大的纬向生物多样性变化。

4、生物多样性纬向分布模式具有较强的继承性,但会被剧烈的气候环境变化打断。

指导老师沈树忠院士与美国国立自然历史博物馆Douglas Erwin博士为共同作者。本研究得到了第二次青藏高原综合科学考察专项、关键地球物质循环前沿科学中心等资助。文章链接:https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/doi/10.1130/G50110.1/615406/Latitudinal-diversity-gradient-dynamics-during


图1 石炭纪至三叠纪(3.6-2.0亿年前)海洋无脊椎动物纬向多样性梯度模式(A,原始数据;B,标准化结果)指示当时全球生物多样性中心向北转移及古板块向北移动的过程(C)。