近日，地球科學學院、生物地質與環境地質國家重點實驗室宋海軍教授團隊在二疊紀-三疊紀之交生物古地理研究領域取得新進展，該研究表明：史上最大規模的滅絕事件不僅導致生物多樣性驟降，還促使生物古地理格局發生巨變。相關成果以《二疊紀-三疊紀大滅絕導致扁平化的多樣性緯度梯度》為題，發表於國際著名綜合性學術期刊《美國國家科學院院報》，宋海軍教授為第一作者和通訊作者。
當今生物多樣性最普遍、最具全球性的特徵之一就是存在多樣性緯度梯度。多樣性緯度梯度是指地球物種多樣性具有從兩極向赤道增加的特徵，這一生物地理分布特徵在陸地和海洋生物中廣泛存在。當今地球顯著的生物多樣性緯度梯度是多種因素共同作用的結果，例如地理條件、氣候環境、生態特徵等。但是，地質歷史時期生物多樣性緯度格局變化規律及其原因並不清楚。
有觀點認為生物多樣性緯度梯度主要存在於地球處於較冷的氣候背景下，例如晚古生代冰期、晚新生代（包括現代）。因為較冷的時期，地表氣候沿緯度方向的變化更為明顯，氣候的緯度梯度顯著，進而導致生物的地理分布也隨之變化。
圖1 晚二疊世到中三疊世多樣性緯度梯度宋海軍教授團隊基於二疊紀-三疊紀海洋生物資料庫5萬多條化石數據，採用多種化石重採樣分析方法，發現無論是在氣候較冷的晚二疊世，還是氣候較溫暖的中-晚三疊世，海洋生物多樣性緯度梯度都十分明顯（圖1）。這說明不僅在寒冷期地球上存在顯著的多樣性緯度梯度，在溫暖期也同樣可以存在。這些發現表明穩定的環境（而不是寒冷氣候條件）可能是維持熱帶地區的生物多樣性高峰的關鍵因素。
圖2 生物多樣性時空變化規律約2.5億年前的二疊紀-三疊紀之交的生物大滅絕，導致生物古地理格局發生巨大變化，多樣性緯度梯度逐漸減弱，熱帶地區顯著的生物多樣性高峰消失，生物多樣性從兩極向赤道沒有顯著區別（圖2）。這種扁平的緯度多樣性梯度持續了整個早三疊世（約 5 百萬年），到中三疊世逐漸恢復到一個類似於現代的多樣性緯度梯度（圖2）。
圖3 不同緯度帶的生物滅絕率、新生率和研究發現大滅絕後顯著的多樣性緯度梯度消失。這種現象發生的原因之一熱帶地區生物滅絕率高，導致該地區多樣性下降幅度大（圖3）。另外一個原因是熱帶地區的新生的物種較少。選擇性的滅絕和新生導致低緯度地區的生物多樣性下降幅度明顯高於高緯度地區，減弱了生物多樣性在緯度方向的差異。而低緯度地區的生物向高緯度地區遷移，進一步減弱這種差異，最終導致生物多樣性從兩極向赤道差別不大。
圖4 晚二疊世到中三疊世生物和環境變化早三疊世極端的環境條件也是導致多樣性緯度梯度消失的重要原因。西伯利亞大規模的火山噴發，導致了全球溫度快速升高，同時伴隨著長期的異常環境事件，例如陸地風化作用加強、陸源物質大量輸入海洋、海洋缺氧等（圖4）。這些環境事件一方面導致緯度方向的溫度梯度減弱，另一方面導致全球範圍的環境異常，不僅造成生物多樣性急劇下降，還影響了海洋生物古地理格局（圖5）。
圖5 早三疊世扁平化生物多樣性緯度梯度確定全球生物地理格局的驅動機制是預測未來生物多樣性如何響應環境變化的關鍵一步。宋海軍教授團隊的研究結果表明，地質歷史時期的極端環境事件在生物地理格局演變中的作用巨大。這對當今海洋生態保護具有指示意義：儘管在未來出現類似早三疊世的極端環境的可能性並不大，但我們已經知道，現代珊瑚礁正承受著巨大的壓力，它們似乎是氣候變暖的第一個主要受害者。珊瑚礁是海洋生物多樣性的熱點(最高點)，是形成顯著多樣性緯度梯度的重要支撐。如果不加以保護，這將導致現代海洋多樣性緯度梯度減弱，對海洋生態系統帶來嚴重後果。
來源：中國地質大學武漢
文：徐燕
編輯：雷龔鳴
審核：陳華文