上新世-早更新世气候变率下浮游有孔虫群落的区域重组及其对现代气候变化的启示

本研究通过双部网络分析Triton数据库，揭示了上新世-早更新世（3.9-1.8 Ma）气候波动期间宏孔浮游有孔虫生态群的生物地理学变化。研究人员发现北大西洋共生型暖水种（Ecogroup 1）与高纬度种（Ecogroup 5）的显著更替，以及南太平洋亚温跃层冷水种（Ecogroup 4）的跨洋盆扩张。该成果发表于《Nature Communications》，为理解现代气候变化下海洋浮游生物群落重构提供了古气候参照。

　　

在地球气候经历剧烈变化的今天，海洋浮游生物如何响应环境变迁成为关键科学问题。作为海洋碳泵的主要贡献者，浮游有孔虫（planktic foraminifera）的分布变化直接影响生物地球化学循环。上新世-早更新世（3.9-1.8 Ma）是研究这一问题的理想窗口——该时期经历了中上新世暖期（mPWP，CO₂浓度与现今相当）和北半球冰川作用强化（iNHG）等重大事件，其气候变幅与预测的2100年情景相似。然而，现有研究多聚焦全球尺度，忽略了区域异质性对生态响应的调控作用。

为解决这一局限，由Ekaterina Larina领衔的国际团队在《Nature Communications》发表研究，首次通过双部网络分析（bipartite network analysis）解析Triton数据库中50,840条宏孔浮游有孔虫记录，以150 kyr时间分辨率重建了三大洋盆的生态群（ecogroup）动态。研究发现：北大西洋呈现Ecogroup 1（共生型暖水种）与Ecogroup 5（高纬度种）的剧烈更替，而南太平洋则见证Ecogroup 4（亚温跃层冷水种）的跨洋盆扩张。这种区域异步性揭示，现代气候变暖可能导致浮游生物群落发生非均质重构。

关键技术方法
研究团队整合了Triton数据库的全球沉积岩芯数据（大西洋127个、太平洋156个、印度洋87个），采用Ecogroup Specialization Index（ESI）量化生态群纬度梯度变化，并通过零模型验证采样偏差。物种多样性分析采用股东配额重抽样（SQS），时空分辨率达150 kyr。生态群划分依据Aze等建立的稳定同位素（δ¹⁸O和δ¹³C）生态位模型，涵盖5个功能群：Ecogroup 1-5分别代表共生型表层种、非共生型表层种、温跃层种、亚温跃层种和高纬度种。

研究结果

双部网络分析与数据验证
通过连接生态群与5°古纬度带的双部网络，研究发现中纬度区域始终呈现最低ESI值（生态群均匀度最高），对应更陡的垂直温度梯度。北大西洋在2.7 Ma后ESI显著下降，与iNHG引发的AMOC（大西洋经向翻转环流）增强直接相关。

Ecogroup Specialization Index的空间格局
北大西洋在iNHG期间表现出最剧烈的ESI下降（图2a），由Ecogroup 5相对丰度增加200%驱动（图3）。南太平洋则显示Ecogroup 4扩张300%，反映深层营养输出增强。印度洋变化平缓，可能与印尼贯穿流减弱有关。

物种与生态群多样性时序变化
物种多样性在mPWP后全球性下降，但生态群多样性呈现区域异步：北大西洋在3.6-3.0 Ma增加23%，而北太平洋滞后1 Myr（图4）。这种解耦现象暗示功能冗余可能缓冲了灭绝风险。

讨论与意义
该研究首次揭示：1）中美洲海道（CAS）关闭的生态效应具有3 Myr延迟，可能与AMOC重组相关；2）mPWP期间北大西洋Ecogroup 5反常扩张，反映黑潮-亲潮交汇区生态位压缩；3）iNHG驱动的分层增强使有机碳输出深度增加，促进Ecogroup 4跨半球扩散。这些发现对预测现代变暖下的海洋响应具有警示意义：共生型表层种（Ecogroup 1）可能被迫向极地迁移，而亚温跃层生态位（Ecogroup 4）或将因分层减弱而收缩。研究强调，未来海洋保护需重点关注北大西洋等气候敏感区的生态阈值。