研究表明晚新生代氣候變冷在生物地理學上改變了海洋浮游生物群落 _新生代

有孔蟲很小，有殼。這種有孔蟲屬于Dentoglobigerina altispira物種，該物種大約在300萬年前滅絕，可能是由于北半球冰蓋的擴張。Credit: Adam Woodhouse
據美國物理學家組織網（by Harvard University）：研究海洋生物地理模式的變化以及影響這些模式在地質時期的因素，可以幫助科學家了解生物當前對人類驅動的氣候變化的反應。例如，研究人員知道，海洋生物正在地理上向地球的兩極轉移，以應對人類驅動的氣候變化。然而，預測物種轉移的程度以及這種轉移如何與滅絕事件交織在一起并不容易。
然而，一組生物，浮游有孔蟲，最近幫助研究人員回答了新生代晚期氣候事件如何重建全球海洋浮游生物群落，這可能有助于預測地球當前的氣候變化對所有海洋生物的影響。
浮游有孔蟲是具有鈣質(碳酸鈣)外殼的單細胞海洋真核生物。它們的方解石外殼有助于保存這些微小的生物，它們作為微型化石被埋在海底。它們的生理機能，包括它們的外殼，對周圍環境的變化非常敏感，這使得它們的鈣質遺骸可以作為海洋水柱中過去和現在環境條件的氣候示蹤劑。
在《自然》雜志的一項新研究中，研究人員檢查了浮游有孔蟲(有孔蟲)化石，發現全球海洋緯度帶向赤道移動，可能是由兩極冰蓋的發展驅動的。該研究進一步表明，這種轉變與功能特征和物種多樣性的結合無關，而是與生物的生態和形態特征相結合。
“在現代生態學中，我們認為物種多樣性和功能特征是同義詞， ”合著者Anshuman Swain說，他是哈佛大學生物和進化生物系的博士后研究員，也是哈佛大學研究員協會的初級研究員。“但是，回顧過去，我們發現這種相關性在200萬年后就不復存在了，所以我們可以用這種相關性來預測未來氣候變化的假設可能是錯誤的。”
Swain和共同主要作者Adam Woodhouse是德克薩斯大學奧斯汀分校地球物理研究所的博士后研究員，他們檢查了晚新生代浮游有孔蟲的化石數據，特別是最近800萬年的化石數據，以了解它們的相對分布如何響應氣候事件。然而，Swain和Woodhouse沒有關注物種多樣性，而是根據生態群(它們生活在水柱中)和形態群(它們外殼的形態類別)的生態特征對數據進行了分類。

有底棲生物和浮游生物類型的有孔蟲。浮游有孔蟲漂浮在海洋的上游。這種位置很重要，因為許多其他生物的全球分布與有孔蟲相關，因為它們在食物鏈中的位置較低。許多海洋生物(如食肉魚、魷魚、磷蝦、鯊魚和鯨目動物)依賴穩定的食物鏈，因此有孔蟲如何應對氣候變化可以預測這些和其他生物。
研究這些生物的另一個好處是化石數據的無與倫比的質量。研究人員將網絡科學方法應用于Triton，這是一個全球浮游有孔蟲記錄數據集，包含50多萬個個體物種。這些標本是由國際海洋鉆探計劃在超過50年的科學海洋鉆探過程中收集的。

左圖顯示了緯度地區的變化，其中所有的群體都同樣豐富，并且多樣性最高(藍色) 。由于微粒有機碳和氧的可用性隨深度增加，以及兩極冰蓋的存在，這些帶從高緯度到中緯度(800萬年前)轉移到今天的低緯度，這增加了高緯度和低緯度之間的溫度梯度。(右圖中的SML指的是表面混合層，這里的湍流是由風產生的，蒸發或海冰形成等過程導致鹽度增加) 。Credit: Anshuman Swain
“浮游有孔蟲的化石記錄代表了一個令人難以置信的生物檔案，并展示了比任何大型無脊椎動物群的最佳屬級記錄更好的新生代物種級記錄——使它們成為我們研究的完美解決方案，”伍德豪斯說。
研究人員觀察了有孔蟲的17個形態群和6個生態群。大多數研究考察物種是如何出現和變化的。在這項研究中，研究人員詢問了生物如何從生態角度對氣候變化和環境因素做出反應。
“生態類群和形態類群在整個新生代是更一致的類群， ”Swain說，“所以它們比物種研究有優勢，物種研究是不一致的類群。這使得從性狀而非物種來進行預測變得更加容易。”
他們收集了大量特征數據，并繪制了新生代晚期(0-1500萬年)生態群和地貌群的生物地理分布模式。他們的發現顯示了全球緯度向赤道地區的轉移，特別是在過去的800萬年里，在生態和形態群體的進化枝范圍內。
“一旦我們看到結果，我們說這是野生的，”斯溫說。“在這種轉變之前，一切都是隨機的，沒有明顯的模式。但隨后，隨著冰蓋的形成，發生了強烈的轉變。”
該研究顯示了過去800萬年浮游有孔蟲的動態生物地理學，包括生物多樣性模式的大規模空間重組，這似乎與兩極冰蓋的出現有關。極地冰蓋的擴張影響了生態群體最快樂的緯度，導致他們由于許多因素而轉移，包括氧氣最容易獲得的地方。令人驚訝的是，僅從物種數據來看，這種趨勢并不明顯。
“我們不知道造成這種情況的確切原因，”斯溫說， “但是你可以擁有同樣豐富的物種，而不需要了解不同的生態系統。我們確實看到了生態團體顯示出這種趨勢。這意味著這一氣候事件影響了有孔蟲的分布，進而影響了其他生物的分布。有孔蟲與人類重要的海洋動物群體的相關性可能會使我們預測由持續的氣候變化驅動的它們的范圍和群落結構的更多變化。”
伍德豪斯說:“地球目前的生物圈已經緩慢地進化了數百萬年，以適應冰河時代的世界。”“因此，我們記錄的趨勢可能令人擔憂，因為如果人類驅動的氣候變化突然將我們帶到800萬年前(冰川作用之前)的地球，我們可能會對整個海洋的海洋群落進行有害的重組。”