南极冰盖形成之际,海洋生物经历了怎样的“生态洗牌”?
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2026-03-18 02:36:39

电影《后天》里,全球气候突变引发了一连串震撼人心的灾难场景:冰雪一夜南下,洋流骤然停摆,人类在极端天气面前措手不及。虽然电影情节难免艺术夸张,但它问出了一个真实而深刻的问题:当地球的“气候开关”被拨动,生命如何应对?

类似这样的气候转折,在地球历史上其实真实发生过。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”。这场持续了数上千万年的气候变化,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。他们发现,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做有孔虫的微体海洋生物。它们个体微小,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。

研究团队利用自研的OneStratigraphy地层古生物大数据平台,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。

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)

当古生物遇上人工智能:给化石做一次“全局优化”

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:它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。

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”。

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了明显的物种灭绝;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。

深时的镜子:为今天提供参照

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时的海洋故事。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——而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醒地预见未来。

这项研究成果的背后,离不开三位年轻学者的坚持与付出。论文共同第一作者——南京大学博士生鲁铮博、薛轲,以及合肥工业大学邓怡颖——在数据整理、算法研发和结果分析等环节做出了核心贡献。他们在导师团队的指导下,从海量化石数据中抽丝剥茧,围绕人工智能算法反复磨合,最终让这段尘封3400万年的海洋故事得以清晰呈现。

论文题为“Complex marine ecological response during the Eocene-Oligocene revealed by global foraminiferal record”,由南京大学联合合肥工业大学、东华理工大学、英国伦敦大学学院、西班牙萨拉戈萨大学、加州大学河滨分校等多家科研机构共同完成,相关成果发表于国际顶尖综合性学术期刊《Nature Communications》。

扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

校对 陶善工

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