哈佛大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)爬行動(dòng)物的快速進(jìn)化是由近6000萬(wàn)年的全球變暖和氣候變化引發(fā)的。研究人員可以通過(guò)研究地質(zhì)深處的氣候變化引起的大規(guī)模滅絕來(lái)探索環(huán)境危機(jī)對(duì)生物體進(jìn)化的影響。一個(gè)主要的例子是二疊紀(jì)-三疊紀(jì)的氣候危機(jī)。這一系列的氣候變化是由發(fā)生在中二疊紀(jì)（2.65億年前）和中三疊紀(jì)（2.3億年前）之間的全球變暖驅(qū)動(dòng)的。

這些氣候變化在二疊紀(jì)末期造成了生命史上最大的兩次大規(guī)模滅絕，第一次發(fā)生在2.61億年前，另一次發(fā)生在2.52億年前，后者消滅了全世界86%的動(dòng)物物種。

除了其規(guī)模，二疊紀(jì)末期的滅絕也很重要，因?yàn)樗鼈儤?biāo)志著地球歷史上一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始，即爬行動(dòng)物成為生活在陸地上的脊椎動(dòng)物的主要群體。哺乳動(dòng)物的祖先合弓綱（Synapsids）在整個(gè)二疊紀(jì)主導(dǎo)了陸生脊椎動(dòng)物群。在二疊紀(jì)滅絕后的三疊紀(jì)（2.52-2億年前），爬行動(dòng)物快速進(jìn)化，創(chuàng)造了爬行動(dòng)物多樣性的爆炸。這種擴(kuò)張對(duì)現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)和許多滅絕的生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建至關(guān)重要。大多數(shù)古生物學(xué)家認(rèn)為這些快速的進(jìn)化和多樣化是由于競(jìng)爭(zhēng)者的滅絕使得爬行動(dòng)物能夠接管新的棲息地和食物資源，而這些棲息地和食物資源在滅絕前是由幾個(gè)合弓綱群體主導(dǎo)的。

然而，在2022年8月19日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一項(xiàng)新研究中，哈佛大學(xué)有機(jī)和進(jìn)化生物學(xué)系和比較動(dòng)物學(xué)博物館的研究人員和合作者揭示，爬行動(dòng)物的快速進(jìn)化和輻射開(kāi)始得更早，在二疊紀(jì)結(jié)束之前。這與全球溫度的穩(wěn)步上升有關(guān)，通過(guò)一系列漫長(zhǎng)的氣候變化，在地質(zhì)記錄中跨越了近6000萬(wàn)年。

爬行動(dòng)物對(duì)全球變暖和快速氣候變化的進(jìn)化反應(yīng)。爬行動(dòng)物的進(jìn)化率（適應(yīng)性解剖變化）在二疊紀(jì)早期開(kāi)始增加（大約2.94億年前），這也標(biāo)志著地質(zhì)記錄中最長(zhǎng)的連續(xù)快速氣候轉(zhuǎn)變時(shí)期的開(kāi)始。從2.61億年前到2.35億年前，大規(guī)?；鹕奖l(fā)導(dǎo)致的全球變暖進(jìn)一步推動(dòng)了氣候變化，并導(dǎo)致了地球歷史上最熱的時(shí)期。這導(dǎo)致了兩次大規(guī)模的物種滅絕和陸地上的爬行動(dòng)物競(jìng)爭(zhēng)者（哺乳動(dòng)物的祖先）的消亡。全球變暖最密集的時(shí)期恰好是爬行動(dòng)物進(jìn)化速度最快的時(shí)期，標(biāo)志著爬行動(dòng)物身體結(jié)構(gòu)的多樣化和現(xiàn)代爬行動(dòng)物群體的起源。資料來(lái)源：Tiago Sim?es

“我們發(fā)現(xiàn)，爬行動(dòng)物的這些快速進(jìn)化期與溫度的上升密切相關(guān)。一些群體的變化非常快，一些則不那么快，但幾乎所有的爬行動(dòng)物的進(jìn)化速度都比以前快得多，”主要作者，博士后Tiago R Sim?es說(shuō)。

以前對(duì)這些變化的影響的研究，由于數(shù)據(jù)有限，往往忽略了陸生脊椎動(dòng)物，而主要關(guān)注海洋動(dòng)物的反應(yīng)。

在這項(xiàng)研究中，Sim?es和資深作者Stephanie E. Pierce教授（均在哈佛任教）與合作者M(jìn)ichael Caldwell教授（加拿大阿爾伯塔大學(xué)）和Christian Kammerer博士（北卡羅來(lái)納州自然科學(xué)博物館）一起研究早期羊膜動(dòng)物。它們代表了所有現(xiàn)代哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)以及它們最接近的滅絕親屬的前身，處于進(jìn)化的初始階段。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，第一批爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物的祖先正在相互分裂，并沿著各自獨(dú)立的進(jìn)化道路進(jìn)行進(jìn)化。

Sim?es說(shuō)：”爬行動(dòng)物代表了研究這一問(wèn)題的理想和罕見(jiàn)的陸地系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈冇邢鄬?duì)良好的化石記錄，并經(jīng)歷了一系列的氣候危機(jī)，包括導(dǎo)致復(fù)雜生命歷史上最大滅絕的危機(jī)，即二疊紀(jì)-三疊紀(jì)大滅絕。”

與哺乳動(dòng)物的祖先相比，爬行動(dòng)物在二疊紀(jì)時(shí)相對(duì)罕見(jiàn)。然而，事情在三疊紀(jì)發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，當(dāng)時(shí)爬行動(dòng)物在物種數(shù)量和形態(tài)多樣性方面經(jīng)歷了一個(gè)巨大的爆炸。這導(dǎo)致了大多數(shù)現(xiàn)存的主要爬行動(dòng)物群體（鱷魚(yú)、蜥蜴、龜類(lèi)）的出現(xiàn)，以及一些現(xiàn)在已經(jīng)完全滅絕的群體。

科學(xué)家們根據(jù)對(duì)二疊紀(jì)-三疊紀(jì)滅絕前后約1.4億年期間125種爬行動(dòng)物、合弓綱及其近親的1000多件化石標(biāo)本的大量第一手?jǐn)?shù)據(jù)收集，創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)據(jù)集。然后他們分析了這些數(shù)據(jù)，利用最先進(jìn)的分析技術(shù)，如貝葉斯演化分析，檢測(cè)這些物種何時(shí)首次起源，以及它們的演化速度如何，貝葉斯演化分析也被用于理解SARS-COVID 19等病毒的演化。然后，研究人員將新的數(shù)據(jù)集與地質(zhì)記錄中橫跨幾百萬(wàn)年的全球溫度數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，以提供一個(gè)動(dòng)物對(duì)氣候轉(zhuǎn)變的主要適應(yīng)性反應(yīng)的廣泛概述。

Pierce說(shuō)：”我們的結(jié)果顯示，在大多數(shù)爬行動(dòng)物群體中，快速的氣候變化和全球變暖時(shí)期與異常高的解剖學(xué)變化率有關(guān)，因?yàn)樗鼈冞m應(yīng)了新的環(huán)境條件，而且這個(gè)過(guò)程早在二疊紀(jì)-三疊紀(jì)大滅絕之前就開(kāi)始了，至少在2.7億年前，表明爬行動(dòng)物身體計(jì)劃的多樣化并不像以前認(rèn)為的那樣是由P-T大滅絕事件引發(fā)的，而實(shí)際上是在幾千萬(wàn)年前就開(kāi)始了。”

Sim?es說(shuō)：”有一個(gè)爬行動(dòng)物品系，即產(chǎn)生了第一批蜥蜴和楔齒蜥的鱗龍，與大多數(shù)爬行動(dòng)物群體的方向相反，經(jīng)歷了一個(gè)整體解剖學(xué)變化速度非常緩慢的階段，基本上，它們的身體計(jì)劃受到了自然選擇的制約，而不是像當(dāng)時(shí)大多數(shù)其他爬行動(dòng)物那樣流氓地徹底改變。”研究人員認(rèn)為，這是由于它們的身體尺寸預(yù)先適應(yīng)了高溫，以更好地應(yīng)對(duì)高溫。

Sim?es說(shuō)：”生物體的生理學(xué)確實(shí)取決于它們的身體大小，小體型的爬行動(dòng)物可以更好地與周?chē)h(huán)境交換熱量。最早的蜥蜴和tuataras比其他種類(lèi)的爬行動(dòng)物小得多，與它們的現(xiàn)代親屬?zèng)]有什么不同，因此它們能更好地應(yīng)對(duì)劇烈的溫度變化。鱷魚(yú)、海龜和恐龍的更大的祖先不能那么容易失去熱量，不得不迅速改變它們的身體，以適應(yīng)新的環(huán)境條件”。

研究人員們還繪制了在這一時(shí)間框架內(nèi)不同地理區(qū)域的身體尺寸變化。他們發(fā)現(xiàn)，氣候?qū)ι眢w尺寸的壓力是如此之大，在這個(gè)時(shí)期的致命高溫期，爬行動(dòng)物在熱帶地區(qū)基本上采取兩條路線來(lái)應(yīng)對(duì)這些氣候變化，他們要么遷移到靠近溫帶地區(qū)，要么侵入水生世界，在那里他們不需要擔(dān)心過(guò)熱，因?yàn)樗梢晕諢崃坎⒈３制錅囟缺瓤諝夂玫枚唷?/p>

Sim?es說(shuō)：”地質(zhì)學(xué)上的溫度上升與急劇不同的爬行動(dòng)物群體的生物反應(yīng)之間的這種強(qiáng)烈聯(lián)系表明，氣候變化是解釋最近的二疊紀(jì)和三疊紀(jì)期間新的爬行動(dòng)物身體計(jì)劃的起源和爆發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素。”