气候变化与动物进化的关系

气候变化与动物进化的关系 哺乳动物靠"七十二般变化"应对气候威胁 猛犸象灭绝于“深时”结束之时 遇到气候变化的挑战时，“快速分化”是哺乳动物们的一大法宝。研究者们以北美哺乳动物为例，探讨它们在“深时”期间，是怎样应对环境变化的。“深时”是一个时间段，从5600万年前开始，到1.2万年前猛犸、剑齿虎、巨树懒和其它更新世大型动物灭绝为止。“若想预知哺乳动物如果面对未来的环境变化，我们得先对过去的状况有全面了解，”研究的策划者，美国范德堡大学(Vanderbilt University)的L. DeSantis说。“建立人类活动出现之前哺乳动物适应环境的模型作为基准，是十分重要的。” 哺乳动物适应环境的机制多种多样。例如，它们能在环境发生改变时，显著改变体型，或者彻底改变食性;还有很强的运动能力，可进行大范围的迁移;它们体温高而恒定，比爬行动物更能适应多变的环境。因此，想预知哺乳动物对环境变化的响应，必须有足够的以往资料作为参考。 在这项发于《公共科学图书馆》(PloSOne)的研究中，科学家们记录了深时期间，美国哺乳动物各科的生存状况，包括分布区的扩大缩小，以及多样性的波动等。 虽然手中有了数目可观的化石记录，但根据动物化石进行物种鉴定，依然难度很大，有时甚至难以将十分相近的属与属分开。为了增加研究的可靠度，研究者们决定只鉴定到科级分类单元。他们共辨认出了35个科，如牛科、仓鼠科、猛犸象科、兔科等。 他们发现，在过去的5600万年间，有许多巨大的气候波动，但这些哺乳动物的分布范围却出奇地稳定。深时的初期非常炎热，平均气温比现在还高出6?，随后先缓慢降低到只比现在略温暖一些，再急剧变冷，又迅速变热，最后以寒冷的冰期为“深时”划上句号。这表明，经历了环境和气候的急剧变化，大部分哺乳动物都能迅速恢复过来。 研究者们还发现一个规律:一个科的内部成员分异度越高，则该类群所占据的栖息地越大，其范围越稳定。在环境剧烈变化期间，较高的分异程度是家族存亡的关键所在。“一个类群里的成员若能占据 多种不同的生态位，当面对气候变化的挑战时，它们更有能力保住自己的栖息地。“Desantis说。 虽说很多哺乳动物科的栖息地面积一直保持稳定，但地理位置却有了变化，总的来说，从始新世到更新世，它们的栖息地都在朝东南方向移动，可能是受到整体气候变冷的影响。但研究者们同时承认，上新世到更新世北美哺乳动物向东南方向迁移，未必全是气候所致，也有地理因素。那时巴拿马地峡刚刚形成，南北美洲哺乳动物开始大规模相互迁移,有些南美物种如树懒和犰狳来到北美，也有许多北美动物南下。 研究者们还试图寻找更新世末期大型动物群灭绝的证据。为何在众多的哺乳动物类群里，只有它们惨遭涂炭呢,许多人认为是这些大型动物如猛犸等不能适应气候的剧烈变化，但是DeSantis在它们身上并没有发现比其它动物更加“弱不禁风”的证据，大型动物群的灭绝因此变得更加扑朔迷离了。 在哺乳动物适应环境的过程中，多样性扮演着很重要的角色。近400年间，哺乳动物面临着空前的大灭绝，四分之一的陆生哺乳动物有灭绝的风险。在气候剧烈波动的今天，参考古生物学记录来制定保持哺乳动物的高度多样性，对未来的动物保护工作定有助益。 气候与人类的双重压力导致物种灭绝 大型非洲象 在过去的70万年内，地球上众多大型陆生动物(44公斤及以上重量的)都没有逃脱灭绝的命运，包括北美与欧亚大陆的猛玛象、美洲的乳齿象与巨树懒、欧洲的披毛犀、澳洲的巨袋鼠和袋熊以及新西兰的恐鸟。为何这些大型动物会大量灭绝,来自剑桥大学的研究者通过对晚第四纪，尤其是近10年来的灭绝事件的研究，回答了这一问题，人类活动及气候变化共同导致了这些事件。 南极冰芯能提供有关气候变化的最长、最详尽的信息，研究者在分析冰芯数据的同时，还综合了现代人类从非洲迁出抵达各个大陆(北美、南美、欧洲大部、澳洲和新西兰)的时间信息，最终得出这二者共同导致上述灭绝事件出现的结论。这项研究对于现今大型动 物，如虎、北极熊、大象、犀牛等的生存状态也提出了更为深入的见解。 研究的执行者之一Graham Prescott博士说，现今的许多大型动物仍然生存在人类活动与气候变化的双重压力之下，如果我们不采取相关措施，类似的灭绝事件可能再次发生。不过，与古代人类相比，现代人类已经有了保护大型动物的意识，因此，情况可能要好一些。另一位研究者David Williams博士说，自达尔文时代起，物种损失就一直困扰着我们，甚至还有不少人认为人类绝不会导致物种消失，此项研究结果表明，是时候做些什么了。Rhys Green教授说，现在的情况与过去很类似，唯一的区别就是气候变化是由化石燃料燃烧引起而非自转轴旋转导致，我们必须从过去吸取教训，以阻止物种继续消失. 气候变化致使恐龙变性 全变雄性最后灭绝 气候变化可能对某些动物来说并不可怕 Geisler说:“显然，要确定哪些解释是最有道理的，我们还有很多工作要做。我们的研究发现了一个我们正亟待解决的问题。” 这项研究也意味着那些今天对气候变化最脆弱的物种有可能会出乎大多数生态学家意料，获得更好的生存机会。 据了解，几乎所有的恐龙都像今天的鳄鱼那样是依靠温度来决定后代性别的。 恐龙是否就利用了温度, 尽管如此，恐龙的近亲——鸟类，却是利用基因来决定后代性别的，与人类相反，ZZ染色体决定其为雄性，ZW则为雌性。 据研究人员介绍，在未来可能会应用“分子钟”来寻找鸟类进化过程中时从何时开始出现利用基因决定性别的。分子钟可以利用DNA的变化来估计在地质历史时期物种是什么时候开始分化的。如果能成 功的话，可以进一步确定鸟类的恐龙祖先是否已经利用基因而不是利用温度来决定后代性别的。 澳大利亚悉尼大学的进化生理学家F.Seebacher说:“这项研究十分有意义，导致恐龙灭绝的原因是重大的科学问题之一。这项研究对假说进行了检验和提出了质疑。” 但是，从少量的样品中很难得出一个理想的分析结果(本次研究只有62个)。因为还不确定这些化石所代表的是一般情况还是异常情况。但是，这就是所有依赖于化石记录科学所存在的问题。 进化新知:大灭绝后并非都有大复苏 科学界普遍认同这样一条理论，即大灭绝后存在大规模的爆发式进化。大灭绝导致物种大幅减少，幸存者为占据新的生态域便会快速进化出新特征。不过，来自纽约州立大学水牛城分校的Charles E. Mitchell教授联合芝加哥大学的David W. Bapst、圣弗朗西斯泽维尔大学的Peter C. Bullock和Michael J. Melchin、卡尼修斯学院的H. David Sheets，并通过研究发现，正笔石类(graptoloid)在4.45亿年前的大灭绝事件后却仍处于停滞不前的状态，甚至到其后200万年整体灭绝也是如此。此项研究的主要目的是在于探讨现今人类引起的地球气候变化将如何导向生命的进化，而想要弄清这一问题，化石记录是唯一途径。 正笔石类是行群体生活的已灭绝浮游动物，它进化迅速，且拥有广泛的地理分布区，因此其化石记录也相当丰富，它是研究物种进化的优良材料。研究者主要研究了正笔石的两个类群:新笔石类和双笔石类，它们都经历了4.45亿年前的奥陶纪末大灭绝事件，但仅有前者幸存了下来，而在灭绝事件之前，后者占主要地位，它们常聚集成不同形状的群体生活。按流行理论，当双笔石类灭绝后，留给新笔石类的是没有竞争对手的广阔生存空间，它们理应快速进化、占领新的生态域。然而研究者在分析了183个正笔石群体后发现事实却并非如此。正笔石在地史上持续了900万年，丰富的化石使得研究者可以精确追溯其进化历程，研究结果显示在大灭绝后并不存在适应性辐射。尽管确实有新笔石类群的新种在大灭绝后出现，但其变化程度极小，直到200万年后它灭绝也未见大的改变。相反，在大灭绝前，正笔石类的进化速度都要快得多。 Neograptine进化迟滞现象可能受协同进化的物种控制，因为后者需要在灭绝事件后的环境中耗费一定时间来恢复。也有可能是新种并没进化出优良性状，因此无法辐射，这一现象被称为非适应辐射(non-adaptive radiation)。第三种原因可能是由于正笔石复杂的生长模式在某方面阻碍了其适应辐射的过程。另 外研究者还指出，两类正笔石类群不相同的生活习性可能是导致其命运不同的原 因。