一项新的研究表明，海洋动物之间的进化“军备竞赛”以类似于全球灾难造成的大规模灭绝的规模彻底改变了海洋生态系统。 梅大学的科学家？瑞典和佛罗里达自然历史博物馆利用古生物数据库建立了一个多层次的计算机模型，记录了过去 5 亿年的海洋生物历史。他们对化石记录的分析与古生物学家 J. John Sepkoski 在 1981 年进行的一项开创性研究非常相似——但有一个关键区别。

Sepkoski 开创性的统计工作表明，大约在 4.9 亿年前和 2.5 亿年前，整个海洋的生物多样性发生了突变，对应于两次大规模灭绝事件。这些事件将海洋生物分为他所谓的“三个进化动物群体”，每个群体都由一个独特的动物群体主导。但新模型揭示了第四个。

大约在 250 到 6600 万年前，掠食性海洋动物与其猎物之间为生存而展开的激烈斗争可能是一股同样强大的力量，重塑了我们今天所看到的海洋多样性。第三次重大转变比前几次更渐进，它是由有机体而不是外部过程驱动的。

“我们了解到，并非动物生活的所有重大变化都与大规模灭绝有关，”该研究的主要作者亚历克西斯·罗哈斯 (Alexis Rojas) 说，他获得了博士学位。来自佛罗里达大学。 Rojas 现在是综合科学实验室的博士后研究员，该实验室是 Ume 的跨学科研究中心？大学。

该研究报告的合著者 Michal Kowalewski 表示，许多科学家长期以来一直认为，火山活动、小行星撞击或气候变化等外部因素是地球生物圈发生重大变化的主要驱动力。 Kowalewski 是罗哈斯的博士生导师，也是佛罗里达博物馆汤普森无脊椎动物古生物学的主席。

“化石记录告诉我们，生命史上的一些关键转变是由突然的外部因素引起的快速变化。但这项研究表明，一些主要转变更为渐进，可能是由生物相互作用引起的. 由生物相互作用驱动，”他说。

Sepkoski 的工作如此具有革命性的原因之一是，他使用数学方法解决了一个实际问题：化石记录过于庞大和复杂，仅仅看标本就可以分辨出潜在的生命模式。他在 1981 年的研究导言中写道：“当单独或以小组形式研究这些组件时，它们的形式、功能、相互作用和历史复杂性往往显得不堪重负，几乎是无限的。”

他认为将这些组件组织成一个系统层次结构提供了一个更完整的观点。塞普科斯基的模型将 5 亿年前的海洋生物划分为三个大王朝，每个王朝都大规模灭绝，为新群体的繁荣和统治扫清了道路。在三叶虫统治之后，出现了称为腕足动物的动物以及某些古老的珊瑚和氨虫。在二叠纪末大灭绝之后，它们被蜗牛、蛤蜊、甲壳类、现代珊瑚和各种硬骨鱼所取代。

Kowalewski 说，Sepkoski 的假设从根本上改变了科学家对生活史的看法。它提供了一种有组织的方式来了解海洋生态系统的历史——整体故事情节和情节过渡。但随着我们对化石记录的了解，Sepkoski 也面临着如何分析如此庞大而复杂的信息的困境，Kowalewski 说。

“既然记录了数百万个化石标本，我们的大脑根本没有可行的方法来处理如此庞大的古生物学数据档案，”他说。 “幸运的是，分析方法不断改进，为我们提供了更好的方法来提取和检查隐藏在这些极其复杂的数据中的信息。”

Rojas 通过使用最新的数据建模技术来应对这一挑战。具体来说，他表示有兴趣使用复杂的网络工具来创建更好的化石记录。与古生物学中的其他方法不同，复杂网络使用代表物理和抽象变量的节点链接结构来发现给定系统中的潜在模式。网络方法可以应用于社会现象——例如，展示 Facebook 用户如何与平台上的朋友互动——但它们也可以应用于复杂的自然系统。和塞普科斯基一样，罗哈斯也是一位受过古典训练的古生物学家，他正在寻找关于化石记录的新视角。

“有许多过程同时在多个尺度上发生：在你的社区、你的国家和整个星球。现在想象一个在一天、一年或 500 年内发生的过程。”他说：“我们正在做的是试图了解所有这些跨越时间的东西。”

一个简单的网络可能只有一层——所有动物生命和它们生活的地方的记录。但是 Rojas 和他的同事的网络使用不同的时间间隔作为单独的层，这是之前宏观进化研究中缺乏的一个特征。结果是罗哈斯描述的一个新的和抽象的化石记录，它补充了博物馆藏品中标本所代表的物理化石记录。