科学家最近提出,地球第六次大规模灭绝已开始听起来很可怕,但人类真的太聪明、太重要了,不可能被消灭吗?古生物学家长期以来一直试图通过寻找可能预测物种生存的一般规则来阐明这个问题。
虽然这不完全是一个简单的练习,但迄今为止的研究表明,成功的可能性并不在我们这一边。
多样性的局限性
地球上的生命可以追溯大约 35 亿年前,进化成为一种单细胞物种。从那时起,多样性和最大复杂性不断增加,数百万个物种已经进化。
但是我们是如何从一个物种发展到数百万个物种的呢?让我们做一个简单的思维实验。谱系可以一分为二,一个物种产生两个,两个产生四个,四个产生八个,依此类推。如果将这个过程绘制成一条曲线,物种的数量将随着时间的推移呈指数增长。当然,物种也会灭绝,但只要这种情况发生的频率低于新物种出现的频率,你仍然会得到一条呈指数增长的曲线。
但多样性能永远持续下去吗?查尔斯·达尔文当然不这么认为,并认为地球可能具有承载能力。他将物种比作打入原木的楔子,每个物种都占据着自己的生态位或生态空间。随着楔子的数量接近承载能力,插入新楔子变得越来越困难,直到增加新楔子将旧楔子挤出。
S 形曲线,形状与多样性曲线相同。维基媒体,CC BY-SA
地球只能容纳有限数量的物种这一观点在一定程度上改变了我们的简单模型。在这个过程的早期,物种数量远远超出承载能力,增长呈指数级增长。后来,物种数量逐渐减少,增长率逐渐放缓,多样性达到稳定水平。这些因素共同作用,形成了 S 形或 S 形曲线。
那么,当我们在化石记录中看到生命的真实历史时,我们看到了什么呢?幸运的是,古生物学家已经系统地汇编了化石属目录,因此可以进行比较。然而,它们展示的却是一幅更为复杂的图景。
大规模灭绝改变游戏规则
一些最早的多样性曲线是为海洋生物生产的。这些揭示五次大规模灭绝事件在过去的五亿年里,多样性显著而迅速地减少。前两个?奥陶纪末期大约 4.44 亿年前,泥盆纪末期大约 3.59 亿年前,当时多样性似乎已达到稳定水平。在撞击发生后,多样性又恢复到了之前的水平。
第三次大规模灭绝,被称为?大灭绝大约 2.52 亿年前,在二叠纪和三叠纪的交界处,出现了一个比现在更大的生物群落。它不仅盖过了它的两个前辈,还盖过了后来导致恐龙灭绝的生物群落——也许彻底消灭了96% 的海洋物种。
它的后果也更加剧烈:属和科的数量不只是恢复到以前的水平,而且最终突破了奥陶纪到二叠纪的明显上限,并一直持续到目前的生物多样性危机。
这种转变是如何发生的?大规模灭绝几乎肯定是由于灾难性的身体变化气候变化的速度之快,使得动物难以或不可能适应和进化。一些物种的灭绝速度比其他物种快得多,而且灭绝的方式难以预测。
双壳类。shellnut/wikimedia,CC BY-SA
最能说明这一观点的是两组具有相似生态和生活习性的蛤类滤食性海洋生物:腕足动物(腕足动物门)和双壳类(软体动物门)。在二叠纪2.52 亿年前,腕足类的多样性远高于双壳类。然而,大灭绝对腕足类的打击比对双壳类的打击要大得多,而双壳类的恢复速度也快得多。双壳类不仅在大规模灭绝之后占据了主导地位,而且它们的多样性也比腕足类任何时候都高得多。
上奥陶纪的腕足动物。维基媒体
当一个群体已经占据了生态空间,其他群体难以立足时,这种局面的逆转是可能的。只有物理环境的快速变化才能将它们赶走,为生态竞争者提供他们以前所缺乏的机会。这些上升群体也可能将生态空间细分得更细(达尔文的类比中楔形更小),从而使停滞的多样性曲线再次起飞。新物种也可能以某种方式改变环境,为其他物种提供生态位,从而创造新的生态空间(或扩大达尔文的对数)。
类似的事情在陆地上也发生过,大约 6600 万年前的白垩纪-古近纪灭绝事件中,恐龙灭绝,哺乳动物受到的影响相对较小。具有讽刺意味的是,大灭绝事件之前曾摧毁过当时非常成功的现代哺乳动物祖先?兽孔目? 大约 1.86 亿年前进入背景,允许祖龙最终恐龙会首先繁衍生息。善有善报,恶有恶报。
预测获胜者
地球生物多样性的重大转变似乎受命运的左右,古生物学家一直在寻找可能预测生存的一般规则。在陆地上,大型似乎不利。
当大规模灭绝来临时,体型越大的物种被消灭的风险就越大。Mohan Raj/wikimedia,CC BY-SA
令人震惊的是,很少有比狗大的动物在白垩纪-古近纪事件中幸存下来。其他缺点包括生态专业化且地理分布受到限制。
在灭绝事件之间,广泛的地理分布似乎提供了相当大的保障。然而,我们最近表明,地理范围没有效果末期幸存的陆地脊椎动物物种数量三叠纪大规模灭绝大约 2.01 亿年前。导致大规模灭绝的物理事件,无论是小行星撞击、大规模火山活动还是其他物理因素,都具有极大的破坏性,并产生了如此巨大的全球性影响,以至于分布最广泛、数量最多的物种也可能被消灭。
因此,很难做出概括和预测。但我们确实知道,没有什么是真正安全的。当我们面临第六次大规模灭绝的前景时,尽管这次是由人类活动引起的,我们应该记住,灭绝可能会以不可预测的方式迅速升级。
一个物种的消失可能会给许多其他物种带来无法预见的后果,因为生态系统是由一个复杂的相互作用网络联系在一起的,而我们并不总是能够完全理解这种相互作用。我们必须希望这种生态系统的崩溃离我们足够远,以便我们能够预防它。不幸的是,早期迹象——例如栖息地破碎化和雨林和珊瑚礁中的物种灭绝——并不乐观。