哈佛大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)爬行動物的快速進化是由近6000萬年的全球變暖和氣候變化引發(fā)的。研究人員可以通過研究地質(zhì)深處的氣候變化引起的大規(guī)模滅絕來探索環(huán)境危機對生物體進化的影響。一個主要的例子是二疊紀-三疊紀的氣候危機。這一系列的氣候變化是由發(fā)生在中二疊紀（2.65億年前）和中三疊紀（2.3億年前）之間的全球變暖驅(qū)動的。

這些氣候變化在二疊紀末期造成了生命史上最大的兩次大規(guī)模滅絕，第一次發(fā)生在2.61億年前，另一次發(fā)生在2.52億年前，后者消滅了全世界86%的動物物種。

除了其規(guī)模，二疊紀末期的滅絕也很重要，因為它們標(biāo)志著地球歷史上一個新時代的開始，即爬行動物成為生活在陸地上的脊椎動物的主要群體。哺乳動物的祖先合弓綱（Synapsids）在整個二疊紀主導(dǎo)了陸生脊椎動物群。在二疊紀滅絕后的三疊紀（2.52-2億年前），爬行動物快速進化，創(chuàng)造了爬行動物多樣性的爆炸。這種擴張對現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)和許多滅絕的生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建至關(guān)重要。大多數(shù)古生物學(xué)家認為這些快速的進化和多樣化是由于競爭者的滅絕使得爬行動物能夠接管新的棲息地和食物資源，而這些棲息地和食物資源在滅絕前是由幾個合弓綱群體主導(dǎo)的。

然而，在2022年8月19日發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上的一項新研究中，哈佛大學(xué)有機和進化生物學(xué)系和比較動物學(xué)博物館的研究人員和合作者揭示，爬行動物的快速進化和輻射開始得更早，在二疊紀結(jié)束之前。這與全球溫度的穩(wěn)步上升有關(guān)，通過一系列漫長的氣候變化，在地質(zhì)記錄中跨越了近6000萬年。

爬行動物對全球變暖和快速氣候變化的進化反應(yīng)。爬行動物的進化率（適應(yīng)性解剖變化）在二疊紀早期開始增加（大約2.94億年前），這也標(biāo)志著地質(zhì)記錄中最長的連續(xù)快速氣候轉(zhuǎn)變時期的開始。從2.61億年前到2.35億年前，大規(guī)?；鹕奖l(fā)導(dǎo)致的全球變暖進一步推動了氣候變化，并導(dǎo)致了地球歷史上最熱的時期。這導(dǎo)致了兩次大規(guī)模的物種滅絕和陸地上的爬行動物競爭者（哺乳動物的祖先）的消亡。全球變暖最密集的時期恰好是爬行動物進化速度最快的時期，標(biāo)志著爬行動物身體結(jié)構(gòu)的多樣化和現(xiàn)代爬行動物群體的起源。資料來源：Tiago Sim?es

“我們發(fā)現(xiàn)，爬行動物的這些快速進化期與溫度的上升密切相關(guān)。一些群體的變化非常快，一些則不那么快，但幾乎所有的爬行動物的進化速度都比以前快得多，”主要作者，博士后Tiago R Sim?es說。

以前對這些變化的影響的研究，由于數(shù)據(jù)有限，往往忽略了陸生脊椎動物，而主要關(guān)注海洋動物的反應(yīng)。

在這項研究中，Sim?es和資深作者Stephanie E. Pierce教授（均在哈佛任教）與合作者Michael Caldwell教授（加拿大阿爾伯塔大學(xué)）和Christian Kammerer博士（北卡羅來納州自然科學(xué)博物館）一起研究早期羊膜動物。它們代表了所有現(xiàn)代哺乳動物、爬行動物、鳥類以及它們最接近的滅絕親屬的前身，處于進化的初始階段。在這個時間點上，第一批爬行動物和哺乳動物的祖先正在相互分裂，并沿著各自獨立的進化道路進行進化。

Sim?es說：”爬行動物代表了研究這一問題的理想和罕見的陸地系統(tǒng)，因為它們有相對良好的化石記錄，并經(jīng)歷了一系列的氣候危機，包括導(dǎo)致復(fù)雜生命歷史上最大滅絕的危機，即二疊紀-三疊紀大滅絕。”

與哺乳動物的祖先相比，爬行動物在二疊紀時相對罕見。然而，事情在三疊紀發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，當(dāng)時爬行動物在物種數(shù)量和形態(tài)多樣性方面經(jīng)歷了一個巨大的爆炸。這導(dǎo)致了大多數(shù)現(xiàn)存的主要爬行動物群體（鱷魚、蜥蜴、龜類）的出現(xiàn)，以及一些現(xiàn)在已經(jīng)完全滅絕的群體。

科學(xué)家們根據(jù)對二疊紀-三疊紀滅絕前后約1.4億年期間125種爬行動物、合弓綱及其近親的1000多件化石標(biāo)本的大量第一手數(shù)據(jù)收集，創(chuàng)建了一個數(shù)據(jù)集。然后他們分析了這些數(shù)據(jù)，利用最先進的分析技術(shù)，如貝葉斯演化分析，檢測這些物種何時首次起源，以及它們的演化速度如何，貝葉斯演化分析也被用于理解SARS-COVID 19等病毒的演化。然后，研究人員將新的數(shù)據(jù)集與地質(zhì)記錄中橫跨幾百萬年的全球溫度數(shù)據(jù)結(jié)合起來，以提供一個動物對氣候轉(zhuǎn)變的主要適應(yīng)性反應(yīng)的廣泛概述。

Pierce說：”我們的結(jié)果顯示，在大多數(shù)爬行動物群體中，快速的氣候變化和全球變暖時期與異常高的解剖學(xué)變化率有關(guān)，因為它們適應(yīng)了新的環(huán)境條件，而且這個過程早在二疊紀-三疊紀大滅絕之前就開始了，至少在2.7億年前，表明爬行動物身體計劃的多樣化并不像以前認為的那樣是由P-T大滅絕事件引發(fā)的，而實際上是在幾千萬年前就開始了。”

Sim?es說：”有一個爬行動物品系，即產(chǎn)生了第一批蜥蜴和楔齒蜥的鱗龍，與大多數(shù)爬行動物群體的方向相反，經(jīng)歷了一個整體解剖學(xué)變化速度非常緩慢的階段，基本上，它們的身體計劃受到了自然選擇的制約，而不是像當(dāng)時大多數(shù)其他爬行動物那樣流氓地徹底改變。”研究人員認為，這是由于它們的身體尺寸預(yù)先適應(yīng)了高溫，以更好地應(yīng)對高溫。

Sim?es說：”生物體的生理學(xué)確實取決于它們的身體大小，小體型的爬行動物可以更好地與周圍環(huán)境交換熱量。最早的蜥蜴和tuataras比其他種類的爬行動物小得多，與它們的現(xiàn)代親屬沒有什么不同，因此它們能更好地應(yīng)對劇烈的溫度變化。鱷魚、海龜和恐龍的更大的祖先不能那么容易失去熱量，不得不迅速改變它們的身體，以適應(yīng)新的環(huán)境條件”。

研究人員們還繪制了在這一時間框架內(nèi)不同地理區(qū)域的身體尺寸變化。他們發(fā)現(xiàn)，氣候?qū)ι眢w尺寸的壓力是如此之大，在這個時期的致命高溫期，爬行動物在熱帶地區(qū)基本上采取兩條路線來應(yīng)對這些氣候變化，他們要么遷移到靠近溫帶地區(qū)，要么侵入水生世界，在那里他們不需要擔(dān)心過熱，因為水可以吸收熱量并保持其溫度比空氣好得多。

Sim?es說：”地質(zhì)學(xué)上的溫度上升與急劇不同的爬行動物群體的生物反應(yīng)之間的這種強烈聯(lián)系表明，氣候變化是解釋最近的二疊紀和三疊紀期間新的爬行動物身體計劃的起源和爆發(fā)的一個關(guān)鍵因素。”