揭开大规模灭绝的秘密：生态学、进化和生物多样性会带来什么？

在环境受到干扰的时期，生物群落是如何反应的？如果整个物种都灭绝了，剩下的物种是否会搬进来占据空缺的区域，或者新的物种是否会进来填补空缺？康涅狄格大学地球科学系的博士生Sarah Brisson，旨在调查这些问题。她的研究结果已经发表在《皇家学会议事录B》上。

Brisson研究了发生在大约3.7亿年前晚泥盆纪的大规模灭绝事件，目的是了解生态系统和其中的生物群落如何应对。在这项研究中，布里森通过研究从纽约和宾夕法尼亚州的阿巴拉契亚盆地收集的化石，将重点放在被称为腕足类的小型、有壳、海栖生物上。

"'大灭绝事件'这个名字吸引了人们的注意力。Brisson说："这些是环境发生重大变化的时期，这些变化如何影响生物体，与了解我们目前的环境和环境变化有关。"

在泥盆纪晚期，阿巴拉契亚盆地是一个浅海，在不断增长的山脉之后形成。当时的海底可能覆盖着腕足类动物，这些动物在这组样本中非常丰富。在水中，鱼类也变得更加丰富，而在陆地上，一场巨大的绿化正在发生，新的植物在地球的历史上第一次进化。

"泥盆纪的世界非常不同；数百万年来都没有开花植物。"Brisson说："我们只是为进入中生代--恐龙时代--奠定了基础，在那里我们有大的蕨类植物和大的、木质的树木。

在研究这些生态系统的动态时，Brisson把地球看成一个系统，生态位的变化只是整个结构的一个方面。一个生态位空间是一个生物体生活的环境，在这种情况下，就是基质干扰的程度，以及沿着深度剖面生物体最适应的地方。

需要考虑的两个概念是生态位保守主义和生态位进化。Brisson解释说，在生态位保守主义中，生物体保持在原地并保留其特征，而在生态位进化中，生物体随着时间的推移会发生变化，并以某种方式进化为喜欢新环境参数。"在生物学中，有很多关于生态位动态的讨论，以及我们是否看到生态位进化或生态位保守主义，没有那么多研究人员深入研究这个问题。"

在艰苦地鉴定了大约20000个腕足类动物化石并分析了它们在整个深度梯度上的偏好之后，Brisson收集了一个数据集，并使用非计量多维缩放法（nMDS）来观察不同物种在整个地层范围内随着时间的推移被分组的位置，以解释生物在大灭绝事件之前和之后的反应。Brisson说，结果有点让人吃惊。

"我看到了很多的更替，一些物种灭绝了，但是一些物种幸存下来并留在原地，它们的壁龛被保存下来。一些科学家认为在大规模的灭绝事件中不是这样的，我没有想到这里会显示出利基的保守性"。

在像这样的灭绝事件中，估计有35%的海洋物种灭绝了，Brisson解释说，预计这么多壁龛的开放会鼓励附近的幸存物种搬进来，占据新的自由空间，结果确实在某种程度上显示了这种情况。

"然而，作为一项规则，我们在这个区域看到了利基保守主义。在你可能在岩石记录中看到生态位演变的情况下，可能有不同的压力在生物体上。我认为留下这个问题很重要，因为有许多不同的选择压力，而且不是所有的选择压力都能适用于每一种情况。"

Brisson说，推动晚泥盆纪灭绝脉冲的因素仍然存在争议。一些工作，包括合著者和康涅狄格大学毕业生Jaleigh Pier'18（CLAS）的研究，表明发生了全球冷却事件。其他证据显示，广泛的缺氧可能是由营养物质的涌入造成的，就像我们今天看到的近海海洋和水生环境中形成的死区。

"我喜欢泥盆纪的部分原因是，有些大规模灭绝事件已经被研究得非常透彻，特别是中生代的大规模灭绝事件，但围绕晚泥盆纪的确定性较低。随着时间的推移，很难确定，因为在中生代使用的一些代用指标并不适用于泥盆纪。这是一个整洁的、动态的研究时间"。

这项工作只是Brisson论文的一个章节，未来的分析将进一步研究这些数据，包括稳定同位素分析，以了解氮可能如何影响这一地区。对过去进行如此深入的探究，可能会对今天加速的物种灭绝有所了解。

"我确实预见到在未来的研究中使用这种方法，因为它是了解我们的生态系统在过去是什么样子的有力工具。把这些生物概念，通过时间的推移应用到过去，真的很吸引人。"