恒盈策略科研人员研究发现海洋含氧量控制三叶虫大小演化

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本报南京5月4日电（记者苏雁通讯员姬尊雨）体型一直是人类了解生物的重要特征，它不仅决定了生物的运动、捕食和生存策略，也深刻影响着生物与生态系统的互动。作为最具标志性的古生物类群之一，三叶虫是无脊椎动物化石类群中的明星，也是人们探索古生代生物演化的理想对象。中国科学院南京地质古生物研究所科研人员与国外科研人员合作，建立了迄今最全面的寒武纪和奥陶纪三叶虫体型数据库，并对三叶虫的体型演化开展综合研究，研究成果日前在线发表于《科学进展》上。

针对生物体型演化的模式和驱动力，学界已经提出了许多不同的理论：柯普法则认为生物的体型会随着演化自行增大，而伯格曼法则强调环境因素如温度对生物体型塑造的重要作用。同时，科学家们也识别出了其他不同的体型演化模式。但是恒盈策略，过去科学家的研究多聚焦于脊椎动物化石类群，对无脊椎动物化石类群的研究甚少。三叶虫化石非常丰富，体型差异也很大（从2毫米到超过70厘米），是展开无脊椎动物化石体型演化研究的绝佳素材。

此次研究中，科研人员测量了来自1091个三叶虫属的4732个成年背壳的体型值，创建了迄今最全面的全球寒武纪和奥陶纪三叶虫的体型数据库。

经过对体型数据库的全面分析发现，在全球尺度上，寒武纪和奥陶纪三叶虫体型演化呈现阶段性（幕式演化），即体型在某些事件中发生快速变化，之后长期停滞，直到下一次变化事件。无论是将三叶虫作为一个整体，还是具体分析更小的演化单元，三叶虫的体型演化均没有展示趋势性，这说明柯普法则在三叶虫中不适用。

在排除生物自身的演化驱动力后，研究人员将目光转向环境因素。经分析后发现，在海洋缺氧时期三叶虫的体型较小，而氧气较为充分时期三叶虫的体型则较大。这种相关性再次为氧气对生物演化的控制提供了重要实证。同时，考虑到大型三叶虫基本都是捕食者，耗氧量高，氧气的这种影响就不难理解了。

根据伯格曼法则，气候变冷被认为能够促进体型的增大，比如大象、鲸鱼等生物均是在新生代全球变冷的大背景下逐步大型化的。但从寒武纪晚期到奥陶纪晚期，温度的持续变冷并没有对三叶虫的体型产生明显的影响。相比晚新生代冰期，三叶虫时代的气候变冷是在含氧量很低的背景下发生的，这或许说明，相比温度，氧含量是更基础的生物体型控制因素。当氧含量上升到一定高度后，气候对体型的影响才逐渐显现出来。

不同体型的生物在面对环境变化时的敏感程度是不同的。此次研究显示，环境恶化导致的三叶虫体型减小情况，要比整体海洋生物多样性的减少早了数百万年，这说明大型三叶虫面对环境变化更为敏感。“三叶虫的例子再次说明大型动物的灭绝可能是环境恶化的警钟恒盈策略，这为我们理解今天的生物多样性危机提供了参考。”中国科学院南京地质古生物研究所“地球—生命系统早期演化团队”博士孙智新说。

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