海洋含氧量控制三葉蟲大小演化

本報南京5月4日電（記者蘇雁 通訊員姬尊雨） 體型一直是人類瞭解生物的重要特徵，它不僅決定了生物的運動、捕食和生存策略，也深刻影響着生物與生態系統的互動。作為最具標誌性的古生物類羣之一，三葉蟲是無脊椎動物化石類羣中的明星，也是人們探索古生代生物演化的理想對象。中國科學院南京地質古生物研究所科研人員與國外科研人員合作，建立了迄今最全面的寒武紀和奧陶紀三葉蟲體型數據庫，並對三葉蟲的體型演化開展綜合研究，研究成果日前在線發表於《科學進展》上。

針對生物體型演化的模式和驅動力，學界已經提出了許多不同的理論：柯普法則認為生物的體型會隨着演化自行增大，而伯格曼法則強調環境因素如温度對生物體型塑造的重要作用。同時，科學家們也識別出了其他不同的體型演化模式。但是，過去科學家的研究多聚焦於脊椎動物化石類羣，對無脊椎動物化石類羣的研究甚少。三葉蟲化石非常豐富，體型差異也很大（從2毫米到超過70釐米），是展開無脊椎動物化石體型演化研究的絕佳素材。

此次研究中，科研人員測量了來自1091個三葉蟲屬的4732個成年背殼的體型值，創建了迄今最全面的全球寒武紀和奧陶紀三葉蟲的體型數據庫。

經過對體型數據庫的全面分析發現，在全球尺度上，寒武紀和奧陶紀三葉蟲體型演化呈現階段性（幕式演化），即體型在某些事件中發生快速變化，之後長期停滯，直到下一次變化事件。無論是將三葉蟲作為一個整體，還是具體分析更小的演化單元，三葉蟲的體型演化均沒有展示趨勢性，這説明柯普法則在三葉蟲中不適用。

在排除生物自身的演化驅動力後，研究人員將目光轉向環境因素。經分析後發現，在海洋缺氧時期三葉蟲的體型較小，而氧氣較為充分時期三葉蟲的體型則較大。這種相關性再次為氧氣對生物演化的控制提供了重要實證。同時，考慮到大型三葉蟲基本都是捕食者，耗氧量高，氧氣的這種影響就不難理解了。

根據伯格曼法則，氣候變冷被認為能夠促進體型的增大，比如大象、鯨魚等生物均是在新生代全球變冷的大背景下逐步大型化的。但從寒武紀晚期到奧陶紀晚期，温度的持續變冷並沒有對三葉蟲的體型產生明顯的影響。相比晚新生代冰期，三葉蟲時代的氣候變冷是在含氧量很低的背景下發生的，這或許説明，相比温度，氧含量是更基礎的生物體型控制因素。當氧含量上升到一定高度後，氣候對體型的影響才逐漸顯現出來。

不同體型的生物在面對環境變化時的敏感程度是不同的。此次研究顯示，環境惡化導致的三葉蟲體型減小情況，要比整體海洋生物多樣性的減少早了數百萬年，這説明大型三葉蟲面對環境變化更為敏感。“三葉蟲的例子再次説明大型動物的滅絕可能是環境惡化的警鐘，這為我們理解今天的生物多樣性危機提供了參考。”中國科學院南京地質古生物研究所“地球—生命系統早期演化團隊”博士孫智新説。