晚古生代热带盆地干旱耐受生物化石记录的气候驱动机制新解

针对传统"高地模型"无法解释晚古生代热带盆地中干旱耐受生物化石分布的问题，研究人员通过整合冰川动力学与沉积学证据，提出气候周期性变化才是主导因素。该研究推翻"永恒沼泽低地"假说，揭示冰川-间冰期旋回通过海平面变化和大气环流重塑热带生态系统，为解读石炭纪-二叠纪生物分布模式提供了全新框架。

　　

在描绘"煤炭时代"的古生态图景时，科学界长期存在一个根深蒂固的认知范式：将宾夕法尼亚纪热带景观按海拔梯度划分——低洼盆地是湿润沼泽的领地，而耐旱生物则被归因于遥远"高地"或"盆外低地"的移民。这种被称为"高地模型"的理论背后，隐藏着对热带气候均一性（恒温恒湿）的隐性假设，以及将土壤排水性简单等同于海拔高度的逻辑链条。然而，当面对盆地沉积层中突然出现的耐旱生物化石时，这套理论只能通过"远程搬运"的假设来圆说，始终无法指认这些神秘高地的具体位置。

美国史密森尼国家自然历史博物馆（Smithsonian National Museum of Natural History）的William A. DiMichele团队在《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》发表的研究，彻底颠覆了这一持续数十年的认知范式。研究指出，晚古生代极地冰川的脉动才是塑造热带生物分布格局的真正推手——冰川-间冰期旋回引发海平面波动、大气环流重组和气候带迁移，使得热带盆地周期性经历高湿度低季节性的"沼泽期"与高季节性变湿度"干旱期"的交替。那些曾被视为"外来客"的耐旱生物，实际上就是盆地原生居民在干旱期扩张的见证者。

研究人员采用多学科交叉方法：通过沉积相分析重建古环境序列，运用古植物形态功能性状鉴定耐旱适应特征，结合冰川沉积记录建立气候事件地层框架，并整合古大气环流模型验证气候驱动机制。关键证据来自全球多个典型盆地（如西班牙狭长盆地）的层序对比，显示生物群更替与冰川事件具有同步性。

【What is an upland?】部分通过现代地形学分析指出，传统概念将"高地"与"排水良好"简单等同存在谬误。海拔差异确实会影响物种组成比例，但数百米的高差不足以产生完全不同的生物区系，这动摇了"高地模型"的立论基础。

【Inland vs. Upland】章节厘清了长期混淆的空间概念。研究表明，盆地内部出现的耐旱生物组合往往对应着沉积序列中的古土壤发育层，这些钙质古土壤（calcisols）正是季节性干旱的气候指纹，而非远程搬运的证据。在西班牙Pe?arroya盆地，干旱适应型针叶树（conifers）化石就保存在盆地中心的季节性干旱沉积中。

【Climate, base-level, erosion, and sedimentation within basins】部分揭示了冰川动力学如何通过三级控制影响热带生态系统：1）海平面变化直接调节盆地水位；2）大气环流重组改变降水格局；3）沉积通量变化创造新的生态位。计算机模拟显示，当南极冰盖（South Polar ice）扩张时，热带辐合带（ITCZ）南移会导致潘加亚大陆（Pangea）中部出现显著干湿季交替。

【Thesis】核心结论指出，盆地沉积中99%的生物化石都源自本地生态系统。那些与主体湿地生物群交错出现的特殊组合，实际上是气候驱动的生态演替记录。例如在捷克共和国克拉德诺-拉科夫尼克盆地（Kladno-Rakovník Basin），煤层（代表湿润期）与红色砂岩（代表干旱期）的旋回中，石松类（lycopsids）与种子蕨（pteridosperms）的更替模式完美匹配冰川周期。

讨论部分特别强调，将构造活动（如华力西造山运动Variscan orogeny）视为生物更替主因的观点存在时间尺度错位——冰川旋回（Milankovitch cycles）的万年级周期与生物响应速度吻合，而造山运动则呈现百万年尺度的不规则性。研究团队通过古气候替代指标（如δ¹³C_org）证实，干旱期大气CO₂浓度升高与植物气孔参数变化存在耦合关系。

这项研究的意义远超古生物学领域：1）建立了冰川周期-热带气候-生物响应三者间的定量关系；2）为理解当前间冰期热带生态系统的脆弱性提供深时类比；3）修正了博物馆展示和教科书中的"煤炭时代"复原图景。正如作者引用Wagner和álvarez-Vázquez的警示：当理论预测与实证观察持续矛盾时，或许需要改变的是理论本身，而非质疑观察的可靠性。