2018-12-22 14:26:02
恐龙灭绝后的特殊哺乳动物多样化

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大规模灭绝通常会让人想起流星坠落到地球的图景,以及恐龙和其他一切的消亡。然而,事实并非如此。不同的生物群受到地球历史上发生的各种大规模物种灭绝的不同影响。

考虑一下哺乳动物,这是一类在恐龙时代已经进化过的脊椎动物,并在大规模灭绝事件中幸存下来,这一事件几乎消灭了6600万年前的所有恐龙,标志着白垩纪时期的结束。

四种哺乳动物是同时代的巨型爬行动物。四个幸存下来。有些人受到的影响比其他人更严重。在“生物学快报”上发表的一项研究中,来自巴西的圣保罗大学(USP)的生物学家Tiago Bosisio Quental和坎皮纳斯大学的马蒂亚斯皮雷斯(UNICAMP)开始了解哺乳动物群体如何在最后幸存下来-Cretaceous mass灭绝。他们的研究得到了圣保罗研究基金会 -  FAPESP的支持。

“当人们谈论大规模灭绝时,人们认为它们指的是一次特殊震级的灭绝事件,在此期间大量物种在相对较短的时间内灭绝,”Pires说。另一种观察大规模灭绝的方法包括观察化石记录中物种的数量。可以推断,当从化石记录中消失的物种总数远远高于出现的新物种数量时,在给定的地质时期发生了大规模灭绝。

“换句话说,灭绝率 - 物种丢失的速度 - 超过物种形成率 - 物种生成的速度。这使得多样化率为负,因为多样化率是由灭绝和物种之间的差异给出的。物种形成率,“Pires说。

在过去的5亿年中,化石记录中已经发现了五次大规模物种灭绝(以及其他许多规模较小的物种灭绝)。它们的发生有多种原因,例如持续数千年或数百万年的岩浆泄漏,以及释放数十亿吨的温室气体,这些气体会使大气中毒并阻挡太阳光线。

这就是所有大规模物种灭绝的最严重后果,其中90%以上的物种消失了。它发生在2.52亿年前,标志着二叠纪和三叠纪之间(以及古生代和中生代时期之间)的边界。

由于释放了数十亿吨被困在海床下的碳气体,温室效应造成了大规模物种灭绝。据信这一事件发生在大约2.0亿年前的三叠纪末期,造成80%的物种死亡。

反过来也发生了,数十亿吨的二氧化碳被隔离在大气层中,导致气温崩溃,冰层覆盖地球。这是4.44亿年前奥陶纪末期的情况,86%的生命形式消失了。

6600万年前发生的大规模灭绝被称为K-Pg事件。首字母缩略词是指白垩纪(德语中的克雷德)和古近纪(Pg)的开始。

在更大的时间尺度上,K-Pg事件标志着中生代(恐龙占主导地位的时代)和新生代之间的边界,新生代是从6600万年前延伸到现在,在此期间哺乳动物成为主要群体之一在这个星球上。

K-Pg事件是由两个因素共同造成的:现在印度的毁灭性岩浆泄漏以及墨西哥尤卡坦半岛上直径为10公里的彗星或小行星的影响。

“所有这些大规模灭绝事件都是异质的。它们出于不同的原因而发生,并以不同的方式展开。它们对生命形式的影响不是绝对的而是相对的。有些群体遭受更多,有些群体更少。有些群体消失,有些则利用新的环境灾难发生后迅速实现多样化的条件,“皮雷斯说。

在这项新研究中,研究人员开始研究在白垩纪末期存在的不同哺乳动物谱系是如何从K-Pg事件所代表的生物瓶颈中出现的。哥德堡大学(瑞典)的Daniele Silvestro和加州大学伯克利分校(美国)的Brian Rankin也参加了这项研究。

至少2.2亿年前,三叠纪出现了大量的哺乳动物。这是已知最古老的化石的时代。在白垩纪末期,哺乳动物物种高度多样化。有智人或胎盘哺乳动物,智人所属的分支,以及所有灵长类动物,啮齿动物,蝙蝠,鲸目动物和有蹄类动物等。

此外,还有Metatheria或有袋动物,今天的负鼠,袋鼠和考拉属于这个分支。他们与单孔类动物(产蛋哺乳动物)和多齿虫(一种已经灭绝的类似啮齿动物的哺乳动物,以其特定的牙齿形状命名,具有多个结节)分享了这个星球。

Pires和Quental的研究强调,哺乳动物受到白垩纪大规模灭绝的严重打击。这并不意味着所有四个群体都遭受同样的痛苦。对一些人而言,大规模灭绝对其他人来说更为严重。

在白垩纪期间,在1.45亿至6600万年前,多轮廓是哺乳动物的主要和最多样化的群体。我们知道这一点,因为在K-Pg事件发生之前,多流量计是化石记录中的绝大多数。胎盘和有袋动物的化石数量较少,但也很多。

Monotremes是例外。今天,他们寥寥可数。实际上,它们只由两个家庭组成:一个包括鸭嘴兽鸭嘴兽,另一个包括针鼹鼠。 Monotremes在白垩纪之前和之后的化石记录中也很少见,这表明该组在哺乳动物中一直相对较少。出于这个原因,研究人员在他们的研究中没有包括单孔类药物。

鉴于有多头脑,胎盘和有袋动物的知识,哪一组哺乳动物受K-Pg事件影响最严重?哪个生存最多的属?在生物瓶颈之后的数百万年中,多样性(或最高的物种形成率)增幅最大?哪一组未能从大灾变中恢复过来?

找到这些问题答案的唯一方法是分析地球特定区域的化石记录,以确保所有群体的哺乳动物在6600万年前的灾难中或多或少地受到相同程度的影响。区域。

Quental和Pires选择北美作为他们研究的重点。该地区150年的连续古生物学勘探创造了K-Pg事件之前,期间和之后哺乳动物多样性的详细图景。

“北美洲有一个足够质量的化石记录用于这种研究。已经进行了其他研究来分析哺乳动物如何在白垩纪灭绝中幸存下来,但据我们所知,这是最早分析动力学的研究之一。不同群体的哺乳动物多样化,“昆塔尔说。

不同的多样化模式

科学家使用了一个数据集,其中包含来自白垩纪和古新世的188个最近的化石组合(从6990万年到5500万年前),位于北美西部内陆。

“北美哺乳动物化石记录在K-Pg事件附近有最丰富和最广泛研究的组合。化石的发生相对较好地解决了,最大限度地减少了分类学的不确定性。这个数据集包括近290种哺乳动物的信息,包括多余羽毛,eutherians和metatherians,“Quental说。

在K-Pg事件之前,期间和之后,使用了几种先进的统计方法来估计起源,灭绝和多样化模式。结果表明,这三组与大规模灭绝有很大不同。

例如,Methateria(有袋动物)的起源率在整个研究区间内保持近似恒定。然而,在K-Pg期间确定了明显的灭绝高峰,产生了负净多样化的脉冲。在K-Pg之后,灭绝率逐渐减弱,但负净多样化持续了超过200万年,直到大约6400万年前。

多角化在K-Pg边界之前朝向白垩纪末期多样化,显示出高起始率和相对低的消光率。在K-Pg边界附近,灭绝率仍然很低,但是起源的下降使得多脉冲的多样化减少到接近零。换句话说,在K-Pg期间,多样化率处于平衡状态,因为大致相同数量的属被创造并且已经灭绝。

根据这项研究,在K-Pg边界之后,多余羽球的灭绝率持续下降;然而,多管形的起源率下降甚至更加严重,从而导致负面多样化。因此,在所分析的剩余时间内,直到5500万年前,属的数量继续减少。这种下降似乎持续了很长一段时间,因为多脉冲组合逐渐从世界化石记录中消失。该分支大约在3500万年前结束。

科学家们认为,多头颅骨消失的原因可能是与啮齿动物的竞争越来越激烈,啮齿动物是一种新的真实血统,起源于古近纪K-Pg后不久。

Eutherians(胎盘)在K-Pg附近显示高起点和高度灭绝,导致高度多样化的周转。除了6600万到6400万年之外,起源高于灭绝。

在此之后不久,出现了第二次起源脉冲,伴随着灭绝率的下降,证明了多样化的短暂爆发。大约6200万年前,起源减少,多样化保持在零附近,表明多样性均衡。

“我们在哺乳动物群体中发现了三种多样化模式。Metatheria(有袋动物)符合经典的大灭绝反应,其中几次暂时聚集的物种灭绝导致多样化的急剧下降,”Quental说。

多项目经历了多样性的减少,多样化的减少以及由于起源率下降而不是灭绝导致的后续多样性丧失。换句话说,它们的多样性因为新物种的产生需要很长时间而减少。

“在eutherians中,由于K-Pg期间和之后的物种形成率迅速波动,存在更复杂的上升和下降模式,而灭绝率上升但不足以导致长期的负面多样化,”Quental说。

根据Pires的研究,这项研究表明,K-Pg灭绝在哺乳动物血统中具有生态选择性。 “灭绝集中在专门的肉食性食肉动物和食虫性的eutherians之间,而更普遍的eutherians和multituberculates幸存下来并保持更高的多样性,”他说。

虽然结果表明eutherians在K-Pg边界遭受了重大损失,但这些损失被增加的起源所抵消。幸存者之间可能发生了多样化,因为其他的eutherians团体从其他大陆来到北美。

“多余羽球的膳食可塑性可能使一些物种持续存在,解释了低灭绝率。多白垩的生态和分类多样性在白垩纪晚期增加。但是,我们的分析表明,多余羽球不能抵消灭绝损失,因为它们产生的减少与真实主义者不同,他们的损失被较高的原始利率所抵消,而且不那么多样化,“Pires说。

在他们的结论中,作者指出,当对进化枝进行单独评估时,大灭绝事件可能被视为灭绝,起源或两种制度的变化。

“这意味着对以宏观分类群为重点的宏观进化现象的研究可能会错过更丰富的宏观进化历史,这种历史只能在更精细的分类学范围内被察觉,”Pires说。

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