研究显示海洋动物之间的竞争以类似于全球灾难(火山活动、小行星撞击或气候变化等)引发的大规模灭绝彻底改变了海洋生态系统结构。这项由瑞典于默奥大学(Umeå University)和美国佛罗里达自然历史博物馆(Florida Museum of Natural History)的科学家们利用古生物数据库建立的一个多层次的计算机模型,记录了过去5亿年海洋生物演化史。他们的研究结果与古生物学家J. John Sepkoski在1981年的一项开创性研究密切呼应。Sepkoski突破性的统计工作表明,大约在4.9亿年和2.5亿年前,整个海洋的生物多样性发生了突变,发生了两次大的灭绝事件。这些事件将海洋生物划分 “三大进化动物群”,每个动物群都由一组独特的动物主导。
但这项由佛罗里达大学的博士后研究员Alexis Rojas主导的最新模型揭示了地质历史时期第四个进化动物群。大约2.5亿至6600万年前,掠食性海洋动物和它们的猎物之间为生存而进行的激烈斗争,第三次将海洋生物多样性重塑为我们今天所看到的样子(以鱼类、甲壳类海洋生物为主)。第三次大转变比前来两次要渐进得多,是由生物群内部优胜劣汰自然选择而不是外部因素驱动的。
合著者Kowalewski认为Sepkoski的假说从根本上改变了科学家对生命史的思考。它提供了一种有组织的方式来理解海洋生态系统的历史。但是,随着人们对化石记录的不断了解,Sepkoski在如何分析如此庞大而复杂的信息方面也陷入了困境。Rojas通过使用数据建模的最新进展来应对这一挑战。与古生物学中的其他方法不同,复杂网络使用代表物理和抽象变量的节点的链接结构来揭示给定系统中的潜在关系模式。Rojas和他的同事们的网络将不同的时间间隔作为单独的层,这是以前关于宏观进化的研究中所缺乏的特征。其结果是Rojas所描述的一种新的、抽象的化石演化结构图,记录了较小的动物群以及它们在每个进化动物群中的相互作用,这些复杂的网络是Sepkoski的模型无法显示的。
Sepkoski的模型受限于当时的方法和数据,无法划分出这一渐变前后的海洋生态系统。Rojas和他的同事们的研究表明,数据建模过程在塑造最高层次的海洋生命史方面都发挥了关键作用。Rojas强调,他们正在将两个假设——中生代海洋革命和三个伟大的进化动物群整合成一个的故事,该模型显示的不是生命的三个阶段,而是四个阶段。(刁何煜 编译)