南極冰蓋形成之際，海洋生物經歷了怎樣的“生態(tài)洗牌”？
來源： 紫牛新聞
2026-03-17 17:12:00
電影《后天》里，全球氣候突變引發(fā)了一連串震撼人心的災難場景：冰雪一夜南下，洋流驟然停擺，人類在極端天氣面前措手不及。雖然電影情節(jié)難免藝術夸張，但它問出了一個真實而深刻的問題：當地球的“氣候開關”被撥動，生命如何應對？
類似這樣的氣候轉折，在地球歷史上其實真實發(fā)生過。當今世界處于冰室氣候狀態(tài)，氣候總體偏冷，南北兩極常年冰封。在恐龍時代直至 3400 萬年前，地球處于溫室氣候狀態(tài)，整體氣候更為溫暖。大約3400萬年前，地球經歷了一次全球范圍的降溫事件，南極大陸形成大規(guī)模冰蓋，全球從相對溫暖的“溫室狀態(tài)”轉為較冷的“冰室狀態(tài)”。這場持續(xù)了數上千萬年的氣候變化，深刻改寫了海洋生命的命運。
近日，南京大學樊雋軒、錢超、史宇坤教授團隊聯(lián)合國內外多家科研機構，通過全球海洋有孔蟲化石記錄，首次高分辨率重建了這一時期海洋生物多樣性的變化歷程。他們發(fā)現，海洋生命對這場氣候劇變的響應，遠比我們想象的更復雜。
“明星化石”有孔蟲，藏著古海洋的秘密
研究的主角是一類叫做有孔蟲的微體海洋生物。它們個體微小，卻是古海洋學界的“明星化石”——分布廣、演化快、殼體易保存為化石，是科學家追蹤古氣候和海洋生態(tài)變化的絕佳“記錄員”。當時的有孔蟲可分為三類生態(tài)習性各異的類群：浮游有孔蟲生活在海水表層，大底棲有孔蟲主要生活在淺海溫暖的海底，小底棲有孔蟲則分布范圍較廣，從淺海到相對較深的海底均有分布。
研究團隊利用自研的OneStratigraphy地層古生物大數據平臺，系統(tǒng)整合了全球161條地層剖面和鉆井的化石數據，經過嚴格篩選，最終獲得1269個有孔蟲物種、約4萬條化石產出記錄。
掃描電子顯微鏡下的有孔蟲化石圖像（由論文作者之一Bridget Wade教授拍攝）
當古生物遇上人工智能：給化石做一次“全局優(yōu)化”
為了從海量數據中還原出真實的演化歷程，古生物學家和人工智能專家聯(lián)手，創(chuàng)新性地開發(fā)了受人工智能啟發(fā)的新一代定量地層學算法——基于演化算法的約束最優(yōu)化法（Constrained Optimisation-Evolutionary Algorithm，CONOP.EA）。該算法的思路很有意思：它把每個可能的全球地層對比方案模擬成一段“DNA”，然后讓這些“DNA”像生物一樣，經歷變異、重組和自然選擇。每一代“DNA”中，更優(yōu)的方案被保留，較差的被淘汰。經過無數次的迭代，最終篩選出最合理、最一致的地層對比結果。
CONOP.EA算法：像生物進化一樣“優(yōu)勝劣汰”，找出最優(yōu)解。
借助這一方法，研究團隊成功構建出一條自4800萬年前至2000萬年前、具有高時間分辨率的全球有孔蟲多樣性曲線。這也是科學家第一次能以如此精細的尺度，看清這場氣候轉折期海洋生命的“一舉一動”。
不是“集體滅絕”，而是“各奔前程”
高分辨率數據帶來了全新的科學認識。研究團隊發(fā)現，始新世—漸新世過渡期的海洋生態(tài)變化，是一場長時間的、不同類群命運各異的生態(tài)重組。其中，浮游有孔蟲和大底棲有孔蟲由于生活在相對淺水的環(huán)境中，更容易受到海表面溫度和海平面變化的影響，并在南極冰蓋大規(guī)模形成之際遭遇了明顯的物種滅絕；而小底棲有孔蟲則在晚始新世早期經歷了一輪顯著輻射，物種快速增加，之后才進入漫長的衰退期，它們的變化更多地反映了深海環(huán)境和碳循環(huán)的波動。換句話說，同樣一場全球降溫，不同“住戶”的命運卻截然不同。
深時的鏡子：為今天提供參照
這項研究的意義，不只在于還原了3400萬年前氣候快速變化下時的海洋故事。更重要的是，它為今天理解生物多樣性如何響應全球變化，提供了來自“深時地球”的重要參照。
研究表明，當地球系統(tǒng)被重新塑造時，生物多樣性的變化往往不是同步發(fā)生的，而可能表現出明顯的階段性、差異性和滯后性——而這與不同生物類群各自的生活環(huán)境密切相關。幾千萬年前的海洋變化，并不是一段遙遠而陌生的歷史。它像一面來自深時地球的鏡子，提醒我們：當地球系統(tǒng)被重新塑造時，生命的命運不會簡單重演，而會以復雜而分化的方式展開。今天，我們正面臨又一次全球變化的挑戰(zhàn)，雖然這次不是變冷而是變暖，但化石記錄中保存的這些遠古生命興衰，也許能幫助我們更清醒地預見未來。
這項研究成果的背后，離不開三位年輕學者的堅持與付出。論文共同第一作者——南京大學博士生魯錚博、薛軻，以及合肥工業(yè)大學鄧怡穎——在數據整理、算法研發(fā)和結果分析等環(huán)節(jié)做出了核心貢獻。他們在導師團隊的指導下，從海量化石數據中抽絲剝繭，圍繞人工智能算法反復磨合，最終讓這段塵封3400萬年的海洋故事得以清晰呈現。
論文題為“Complex marine ecological response during the Eocene-Oligocene revealed by global foraminiferal record”，由南京大學聯(lián)合合肥工業(yè)大學、東華理工大學、英國倫敦大學學院、西班牙薩拉戈薩大學、加州大學河濱分校等多家科研機構共同完成，相關成果發(fā)表于國際頂尖綜合性學術期刊《Nature Communications》。
揚子晚報/紫牛新聞記者 楊甜子
校對 陶善工