大规模的死亡为鱼类时代铺平了道路

一对长约14英寸（35厘米）的“Sacabambaspis”鱼，它们拥有明显的向前眼睛和装甲般的头部。自晚奥陶纪大灭绝事件之后，尚未发现像“Sacabambaspis”这样的动物化石。来源：Nobu Tamura

（化石网cnfossil.com）据《大众科学》（劳拉·拜萨斯）：大约4.45亿年前，我们的星球发生了翻天覆地的变化。冈瓦纳超大陆上形成了巨大的冰川，像海绵一样吸收着海水。现在被称为晚奥陶纪大灭绝（LOME），这是地球上的第一次大规模灭绝事件，由于海洋化学性质的剧烈变化和地球气候的极度寒冷，约85%的海洋物种灭绝。 

然而，巨大的生物浩劫也带来了机遇。在所有这些剧变中，有一类生物脱颖而出，占据了主导地位——颌类脊椎动物。根据今天发表在《科学进展》杂志上的一项研究，这最终使生命走上了可以追溯至今的进化之路。

“我们已经证明，有颌鱼之所以能占据主导地位，完全是因为这一事件的发生，”该研究的合著者、日本冲绳科学技术研究所的进化生物学家劳伦·萨兰在一份声明中表示。“从根本上说，我们通过在化石记录、生态学和生物地理学之间划定界限，深化了对进化论的理解。”

在奥陶纪时期（大约4.86亿至4.43亿年前），地球的面貌与现在截然不同。当时，一个名为冈瓦纳的南方超级大陆主宰着地球，其周围环绕着广阔而浅的海域。北极和南极均无冰层覆盖，且由于温室气候的影响，海水温暖宜人。海岸线上开始繁衍出小型植物和许多足类节肢动物，它们周围的水域中充满了各种生命形式，宛如科幻小说中的场景。大眼睛、形似七鳃鳗的牙形石环绕着海绵，微小的三叶虫在有壳软体动物间匆匆爬行。与人类一般大小的海蝎和拥有16英尺高壳的鹦鹉螺在水中游弋，寻找猎物。 

在这些生物之间是颌骨脊椎动物的祖先，即颌骨脊椎动物。颌骨脊椎动物最终将主宰地球上的动物生命。

“虽然我们不知道LOME（灭绝事件）的最终原因，但我们确实知道事件前后有明显差异。化石记录证明了这一点。”

灭绝事件分为两个阶段。首先，地球迅速从温暖的温室气候转变为更为寒冷的冰室气候。冈瓦纳大陆的大部分被厚厚的冰层覆盖，导致浅海栖息地干涸。几百万年后，生物多样性开始恢复，但气候再次发生逆转。随着冰盖融化，适应寒冷的海洋生物淹没在温暖、含硫且缺氧的水中。

在这些大规模灭绝事件中，大多数幸存的脊椎动物都被限制在避难所，或被大片深海隔开的孤立生物多样性热点地区。在这些区域，幸存的颌类脊椎动物显然具有优势。 

在这项新研究中，研究团队收集了关于奥陶纪和早志留纪古生物学的多年古生物学数据，以建立地球历史上这一戏剧性时期的化石记录新数据库。

“这有助于我们重建避难所的生态系统，”研究合著者、博士生Wahei Hagiwara补充道。“基于此，我们能够量化该时期的属级多样性，并展示LOME如何直接导致颌口动物生物多样性逐渐但显著地增加。而且趋势很明确——大规模灭绝事件在数百万年后直接导致了物种分化的增加。”

借助这个新数据库，研究团队不仅将有颌类脊椎动物生物多样性的增加与首次大灭绝联系起来，还将其与地理位置联系起来。他们能够追踪物种在全球范围内的迁移，并精确确定在帮助脊椎动物多样化过程中发挥作用的特定避难所。 

“例如，在现在的中国南部地区，我们发现了第一批与现代鲨鱼直接相关的有颌鱼全身化石，”荻原（Hagiwara）解释道。“它们在这些稳定的避难所中生活了数百万年，直到进化出穿越开阔海洋到达其他生态系统的能力。”

一种Promissum conodont，长度约2至20英寸（5至50厘米），以不同寻常的锥形牙齿化石命名，据推测是现代七鳃鳗和盲鳗的祖先。在晚奥陶纪灭绝事件中，只有极少数牙形石物种幸存下来。图片：Nobu Tamura

将化石记录与生物地理学、形态学和生态学相结合，有助于我们更好地理解进化历程。 

“颌骨的进化是为了创造一个新的生态位，还是我们的祖先首先占据了现有的生态位，然后才进行多样化？”萨兰问道，“我们的研究指向后者。由于被限制在地理上狭小的区域内，而这些区域内又存在着大量由已灭绝的无颌脊椎动物和其他动物留下的生态系统空缺，颌骨动物可能突然占据了各种不同的生态位。”

在厄瓜多尔海岸外的加拉帕戈斯群岛上，达尔文雀也展现出了类似的趋势。这些鸟类利用新的机会使饮食多样化以生存。随着时间的推移，它们的喙进化成了不同的形状，以更好地满足其需求。

当颌鱼在华南地区被困住时，它们的无颌亲戚在其他地方继续平行进化。在接下来的4000万年里，无颌鱼统治了更广阔的海洋，并分化为不同类型的珊瑚礁鱼类。为什么颌鱼——在所有其他幸存者中——一旦从避难所扩散出来就占据了主导地位，这仍然是一个谜。

据该团队称，晚奥陶纪大灭绝并没有将地球的生态彻底抹去，而是引发了一场重置。早期脊椎动物物种填补了已灭绝的牙形石和节肢动物留下的生态位，重建了相同的生态结构，只是换上了新的动物。在由类似环境条件驱动的其他灭绝事件之后，这一模式在整个古生代也重复出现。该团队称之为反复出现的“多样性重置周期”，即进化通过趋同于相同的设计来恢复生态系统。

“这项工作有助于解释颌骨为何进化，有颌脊椎动物为何最终占据主导地位，以及现代海洋生物为何可以追溯到这些幸存者，而非像牙形石和三叶虫这样的早期形式，”萨兰（Sallan）说道，“揭示这些长期模式及其潜在过程是进化生物学中令人兴奋的方面之一。”