近日，中国地质大学（武汉）地质微生物与环境全国重点实验室宋海军教授团队的研究成果《腕足动物和有孔虫在大灭绝事件中通过形态简化来降低钙化成本》在《自然—生态与进化》杂志发表。
火山喷发导致腕足动物与有孔虫的形态简化示意图。中国地质大学（武汉）供图
该研究团队试图解答一个地球科学领域的经典问题：像腕足动物和有孔虫这样的古代海洋生物，是如何在全球环境灾难中幸存下来的？这项研究聚焦于地球历史上的两次重大事件：约2.52亿年前的二叠纪—三叠纪大灭绝和约1.83亿年前的早侏罗世大洋缺氧事件。这两次事件均由剧烈的火山活动引发，释放出大量二氧化碳进入大气，从而导致全球变暖、海洋酸化和缺氧等变化，对依赖碳酸钙构建壳体的海洋生物来说是极大挑战。
有孔虫和腕足是古生代海洋中常见的动物，主要壳体成分是碳酸钙。这两类动物在现代海洋中也存在。该研究发现，应对环境压力，有孔虫、腕足等海洋生物通过一种极具智慧的“节能”策略——简化壳体结构。
以腕足动物为例，它们通常拥有复杂精致的壳饰（称为壳褶），在正常条件下可用于防御或调节生理。但在大灭绝时期，这些壳褶大幅减少，许多物种甚至演化出完全光滑的壳体。基于3225个标本、1061个腕足物种的全球化石数据库，研究团队分析发现，壳褶的数量和比例分别下降了36.4%和60%。
而有孔虫则选择了另一种生态策略：“瘦身”。通过对757个标本、12个物种的分析显示，在两次灭绝事件中，有孔虫的壳体厚度平均减少了20%至60%。
壳体对这些生物来说，是一个“高耗能工程”。研究团队结合数学建模与海水化学模拟，估算了它们在不同环境下建造壳体所需的能量。研究结果表明：在严重的海洋酸化背景下，如果不改变原有壳体结构，钙化所需能量会翻倍；而通过减少壳饰或减薄壳体，这些生物成功地将钙化能耗降低超过一半（腕足动物）或降低约20%至60%（有孔虫）。
据介绍，这种简化壳体的策略不仅仅是短期的生存手段，它还重塑了生态系统结构。例如，失去复杂壳饰可能让这些生物在生态互动中变得更脆弱，甚至更易受捕食。但长远来看，这种变化可能催生新的物种，重新设定演化轨迹。更重要的是，这种策略并不局限于这两次灭绝事件——在从古生代到新生代的多个大灭绝事件中，海百合、珊瑚、浮游生物等类群也都出现了类似的壳体简化现象。这表明，这种“结构退化”或许是生物在压力下普遍而有效地应对方式。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41559-025-02749-w
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