南极冰盖形成之际，海洋生物经历“洗牌”？

当今世界处于冰室气候状态，气候总体偏冷，南北两极常年冰封。在恐龙时代直至3400万年前，地球处于温室气候状态，整体气候更为温暖。大约3400万年前，地球经历了一次全球范围的降温事件，南极大陆形成大规模冰盖，全球从相对温暖的“温室状态”转为较冷的“冰室状态”。这场持续了数千万年的气候变化，深刻改写了海洋生命的命运。

近日，南京大学樊隽轩、钱超、史宇坤教授团队联合国内外多家科研机构，通过全球海洋有孔虫化石记录，首次高分辨率重建了这一时期海洋生物多样性的变化历程。研究发现，海洋生命对这场气候剧变的响应，远比我们想象的更复杂。

“明星化石”有孔虫藏着古海洋的秘密

研究的主角是一类叫有孔虫的微体海洋生物（图1），个体微小，却是古海洋学界的“明星化石”——分布广、演化快、壳体易保存为化石，是科学家追踪古气候和海洋生态变化的绝佳“记录员”。当时的有孔虫可分为三类生态习性各异的类群：浮游有孔虫生活在海水表层，大底栖有孔虫主要生活在浅海温暖的海底，小底栖有孔虫则分布范围较广，从浅海到相对较深的海底均有分布。

图1. 扫描电子显微镜下的有孔虫化石图像（由论文作者之一Bridget Wade教授拍摄）

研究团队利用自研的地层古生物大数据平台——OneStratigraphy，系统整合了全球161条地层剖面和钻井的化石数据，经过严格筛选，最终获得1269个有孔虫物种、约4万条化石产出记录。

人工智能看透海洋生命“一举一动”

为了从海量数据中还原出真实的演化历程，古生物学家和人工智能专家联手，创新性地开发了受人工智能启发的新一代定量地层学算法——基于演化算法的约束最优化法（Constrained Optimisation-Evolutionary Algorithm，CONOP.EA）。该算法的思路很有意思：把每个可能的全球地层对比方案模拟成一段“DNA”，然后让这些“DNA”像生物一样经历变异、重组和自然选择。每一代“DNA”中，更优的方案被保留，较差的被淘汰。经过无数次的迭代，最终筛选出最合理、最一致的地层对比结果（图2）。

图2. CONOP.EA算法：像生物进化一样“优胜劣汰”，找出最优解

借助这一方法，研究团队成功构建出一条自4800万年前至2000万年前、具有高时间分辨率的全球有孔虫多样性曲线。这也是科学家第一次能以如此精细的尺度看清这场气候转折期海洋生命的“一举一动”。

研究得出结论：不是“集体灭绝”，而是“各奔前程”。高分辨率数据带来了全新的科学认识。研究团队发现，始新世—渐新世过渡期的海洋生态变化是一场长时间的、不同类群命运各异的生态重组。其中，浮游有孔虫和大底栖有孔虫由于生活在相对浅水的环境中，更容易受到海表面温度和海平面变化的影响，并在南极冰盖大规模形成之际遭遇明显的物种灭绝；而小底栖有孔虫则在晚始新世早期经历了一轮显著辐射，物种快速增加，之后才进入漫长的衰退期，它们的变化更多地反映了深海环境和碳循环的波动。换句话说，同样一场全球降温，不同“住户”的命运却截然不同。

揭秘尘封3400万年的海洋故事

这项研究的意义，不只在于还原了3400万年前气候快速变化下的海洋故事——更重要的是，它为今天理解生物多样性如何响应全球变化提供了来自“深时地球”的重要参照。

研究表明，当地球系统被重新塑造时，生物多样性的变化往往不是同步发生的，而可能表现出明显的阶段性、差异性和滞后性，这与不同生物类群各自的生活环境密切相关。几千万年前的海洋变化并不是一段遥远而陌生的历史，它像一面来自“深时地球”的镜子，提醒我们：当地球系统被重新塑造时，生命的命运不会简单重演，而会以复杂而分化的方式展开。今天，我们正面临又一次全球变化的挑战，虽然这次不是变冷而是变暖，但化石记录中保存的这些远古生命兴衰，也许能帮助我们更清楚地预见未来。