生態與演化 科學報導 遺傳學

多樣性的保存是浴火重生的關鍵

令人訝異的,生物大滅絕相關的研究其實相對晚近才在古生物學研究上獲得重視。最早對地球生命史提出災變論點的法國古生物學家Cuvier藉由研究猛瑪象,認定地質歷史上曾經發生多次災難事件,導致大規模的生物集體滅絕。但是一直到1980年代,才有深入研究藉由化石資料庫建構寒武紀大爆發後的海洋生物多樣性變化(Sepkoski curve),也因此揭示最大的生物滅絕事件:發生在大約兩億五千萬年前,古生代與中生代交際的二疊紀三疊紀滅絕事件(Permian–Triassic extinction event,簡稱P-Tr)。雖然這個滅絕事件的過程與成因仍未完全明瞭,從估測的數量級能理解此滅絕事件對生物圈的影響規模:有70%的陸生動物,以及高達96%的海中生物消失[1],即使是佔據生態優位而躲過許多次災難的昆蟲也有83%的屬在劫難逃[2]。然而,滅絕事件如此龐大,地球生態圈似乎仍能逐漸重現生機。是甚麼原因,讓遭受深刻重創的生態圈沒有因而跟著古生代的結束而回到原始狀態?

 

由英國普利茅斯大學Richard Twitchett教授帶領的團隊在Nature geoscience期刊上發表的文章[3],可能提供不同於以往的答案。藉由分析數個不同的化石型態資料庫,研究團隊確認海洋動物生態系確實遭遇前所未有的打擊,尤以海生無脊椎動物的滅絕程度最大。以容易取得化石標本的底棲生物為例,這類生物遭遇災難性的打擊,滅亡率是一般時期的數倍以上。也因此,海洋底棲生物的生物多樣性幾乎全面喪失,導致大滅絕後的生物只剩下少數特定種類,而原先的正常生態系應該要包含佔據不同棲息地與生態位的物種。然而,在更深入地分析化石型態後,該團隊驚訝地發現雖然生物種類的多樣性顯著地消失,但是不同型態與棲息行為所代表的功能多樣性並沒有顯著減少。也就是說,具有A功能型態的甲乙丙丁戊五種屬物種,可能在大滅絕後只剩少數甲屬的成員存活,但A功能型態並沒有在大滅絕後消失。以菊石與海百合為例,雖然幾乎滅亡,但這兩個綱中殘存的屬卻保持,甚至持續演化出幾乎所有該綱下原有物種的型態功能。尤其是菊石類,大滅絕後型態開始迅速多樣化,即使種類本身沒有大量增加。

另一方面,該研究團隊也發現,功能多樣性較多,可以適應不同棲息地的物種較容易倖存,在災難後恢復的速度也比較快。這可能歸功於這類生物找到避難地的機會:如果一波毀滅發生在深海區,居住在大陸棚的同種物種可能有較高的倖存率,如果災難發生在淺海,那牠們存活在深海的族人”便可能逃過一劫。雖然二疊紀三疊紀滅絕事件影響廣泛導致全球生態圈幾乎歸於死寂,但保存了功能多樣性的少數倖存者卻仍能在毀滅性災難結束後重新開始,也因為延續至今天多采多姿的地球生態。

這篇文章揭示了生物功能多樣性的重要性,多樣性直接扮演生態在大規模氣候與環境變動造成滅絕後是否能恢復的關鍵。今日地球環境很可能正在轉變的樞紐點上,未來趨勢尚無法精確預測,但生物的功能多樣性正因為人擇而一點點地消失,這些共同的作用也已經影響了脆弱的海洋生態系統。如果這是第六次大滅絕的徵兆而必須尋求應對策略,這篇文章相信帶給我們相當的啟示。

圖片說明:化石資料庫顯示底棲生物在二疊紀-三疊紀滅絕事件中超過半數消失(參考圖中黑色數字(事件前屬的數量)與灰色數字(事件後屬的數量)的比例),雖然不同資料庫可能給予了不同的數據,但整體的滅絕率均保持在62-74%之間。然而,深入研究生物棲息的方式與相關功能後,卻發現僅僅只有底棲中”靜態、半內棲、非吸附”的行為在此滅絕事件中隨著喙殼綱的絕跡而完全消失。
圖片出處:
https://doi.org/10.1038/ngeo2079

參考文獻:

  1. Sahney S, Benton MJ. Recovery from the most profound mass extinction of all time. Proc Biol Sci. 2008 Apr 7;275(1636):759-65. https://doi.org/10.1098/rspb.2007.1370
  2. Labandeira CC, Sepkoski JJ Jr. Insect diversity in the fossil record. Science. 1993 Jul 16;261(5119):310-5. https://doi.org/10.1126/science.11536548
  3. William J. Foster & Richard J. Twitchett. Functional diversity of marine ecosystems after the Late Permian mass extinction event. Nat Geoscience. 7, pages 233–238 (2014). https://doi.org/10.1038/ngeo2079

撰文陳彥善
審稿│陳曦

About the author

陳彥善

畢業於台大化學系,博士班畢業於凱斯西儲大學生物化學所,目前除了在學校裡研究基因調控與生殖醫學外。同時於藥廠中擔當新型胰島素開發團隊。期待在investigator中分享與學習。並有機會能站在巨人的肩膀上。

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