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哈佛研究人员发现爬行动物的快速进化是由近 6000 万年的全球变暖和气候变化引发的 。
研究人员可以通过研究深层地质历史中气候变化引起的大规模灭绝来探索环境危机对生物进化的影响 。 一个主要的例子是二叠纪-三叠纪气候危机 。 这一系列气候变化是由中二叠纪（2.65亿年前）和中三叠纪（2.3亿年前）之间发生的全球变暖驱动的 。 这些气候变化导致了二叠纪末期生命史上最大规模的两次大灭绝 ， 第一次发生在 2.61 亿年前 ， 另一次发生在 2.52 亿年前 ， 后者消灭了全球 86% 的动物物种 。
除了规模之外 ， 二叠纪末期的灭绝也很重要 ， 因为它们标志着地球历史上一个新时代的开始 ， 爬行动物成为生活在陆地上的脊椎动物的主要群体 。 Synapsids 是哺乳动物的祖先 ， 在整个二叠纪的陆地脊椎动物群中占主导地位 。 在三叠纪（252-2 亿年前） ， 在二叠纪大灭绝之后 ， 爬行动物快速进化 ， 创造了爬行动物多样性的爆炸式增长 。 这种扩张对于现代生态系统和许多已灭绝的生态系统的建设至关重要 。 大多数古生物学家认为 ， 这些快速进化和多样化的速度是由于竞争者的灭绝 ， 这使得爬行动物能够接管几个突触类群在灭绝前占据的新栖息地和食物资源 。
然而 ， 在 2022 年 8 月 19 日发表在《科学进展》杂志上的一项新研究中 ， 哈佛大学有机与进化生物学系和比较动物学博物馆的研究人员及其合作者揭示了爬行动物的快速进化和辐射开始得更早 ， 在二叠纪结束之前 。 这与地质记录中跨越近 6000 万年的一系列气候变化导致全球气温稳步上升有关 。
爬行动物对全球变暖和快速气候变化的进化反应 。 爬行动物的进化速度（适应性解剖变化）在二叠纪早期（大约 2.94 亿年前）开始增加 ， 这也标志着地质记录中最长的连续快速气候变化时期的开始 。 从 261 年到 2.35 亿年前 ， 大规模火山喷发导致的全球变暖加剧了气候变化 ， 并导致了地球历史上最热的时期 。 这导致了两次大规模灭绝和陆地上爬行动物竞争者（哺乳动物祖先）的消亡 。 全球变暖最强烈的时期恰逢爬行动物进化速度最快的时期 ， 标志着爬行动物身体结构的多样化和现代爬行动物群体的起源 。 图片来源：Tiago Sim?es 的图
“我们发现爬行动物的这些快速进化时期与温度升高密切相关 。 一些群体的变化非常快 ， 而另一些则不那么快 ， 但几乎所有爬行动物的进化速度都比以往任何时候都快 ， ”主要作者、博士后研究员 Tiago R Sim?es 说 。
由于数据可用性有限 ， 先前关于这些变化影响的研究往往忽视了陆生脊椎动物 ， 主要关注海洋动物的反应
在这项研究中 ， Sim?es 和资深作者 Stephanie E. Pierce 教授（均在哈佛大学）与合作者 Michael Caldwell 教授（加拿大阿尔伯塔大学）和 Christian Kammerer 博士（北卡罗来纳州自然科学博物馆）一起检查早期羊膜 。 它们代表了所有现代哺乳动物、爬行动物、鸟类及其最近已灭绝的近亲 ， 处于进化的初始阶段 。 在这个时间点 ， 第一批爬行动物和哺乳动物的祖先正在彼此分裂 ， 并沿着各自独立的进化路径进化 。
“爬行动物代表了研究这个问题的理想且稀有的陆地系统 ， 因为它们拥有相对较好的化石记录 ， 并且在一系列气候危机中幸存下来 ， 包括导致复杂生命历史上最大规模灭绝的那些 ， 即二叠纪-三叠纪大规模灭绝 ， ”西蒙斯说 。
与哺乳动物的祖先相比 ， 爬行动物在二叠纪时期相对稀少 。 然而 ， 在三叠纪 ， 当爬行动物经历了物种数量和形态多样性的大规模爆炸时 ， 情况发生了重大变化 。 这导致了大多数爬行动物（鳄鱼、蜥蜴、海龟）的主要生存群体和现在完全灭绝的几个群体的出现 。
在二叠纪-三叠纪灭绝前后约 1.4 亿年的时间里 ， 科学家们根据来自 125 种爬行动物、突触动物及其近亲的 1000 多个化石标本的广泛第一手数据收集创建了一个数据集 。 然后 ， 他们使用贝叶斯进化分析等最先进的分析技术分析数据 ， 以检测这些物种最初起源的时间和进化速度 ， 贝叶斯进化分析也用于了解病毒的进化 ， 如 SARS-COVID 19研究人员随后将新数据集与地质记录中跨越数百万年的全球温度数据相结合 ， 以提供动物对气候变化的主要适应性反应的广泛概述 。
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