两亿五千万年尺度下鳄系主龙气候生态位保守性对宏演化、灭绝与存续的塑造

《SCIENCE ADVANCES》:Climatic niche conservatism shapes the macroevolution, extinction, and survivorship of crocodile-line archosaurs

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月23日 来源:SCIENCE ADVANCES 13.9

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  鳄类(crocodylians)是具代表性的喜热类群(thermophiles)。在逾2.5亿年中,鳄系主龙(crocodile-line archosaurs)经历了极热事件、气候与分布区变迁以及两次大灭绝。这种生态位保守性究竟反映深层演化约束,还是对新生气

  
鳄类(crocodylians)是具代表性的喜热类群(thermophiles)。在逾2.5亿年中,鳄系主龙(crocodile-line archosaurs)经历了极热事件、气候与分布区变迁以及两次大灭绝。这种生态位保守性究竟反映深层演化约束,还是对新生气候的近期适应,尚不清楚。研究人员将现生 occurrences 与涵盖400余个化石及现生物种的时间标定系统发育树相整合,基于现生鳄类校准的生态位模型(ENM)被投射至过去2.45亿年,并与古系统地理重建比较。宏演化模型拟合表明,温度与降水呈现强系统发育结构,最优由有界 Ornstein-Uhlenbeck(OU)动力学刻画,指示长期生态位保守性。暖期向极地扩张、冷期向低纬收缩,反映对保守最适值(optima)的追踪而非生态位演化。不同于非鸟恐龙,低纬适宜性在除最极端白垩纪末情景外始终存续,恢复自热带避难所扩展。温度与降水状态分别在森诺曼期/土仑期(Cenomanian/Turonian,约93.9 Ma)极热事件与始新世/渐新世(Eocene/Oligocene,约33.9 Ma)干旱化转型附近发生偏移。因此,鳄系主龙的气候生态位保守性起源古老,但并非完全静止。
论文解读:两亿五千万年尺度下鳄系主龙气候生态位保守性的宏演化意义
研究背景与问题提出
鳄系主龙(Pseudosuchia,主龙类中对鳄类及其全部已灭绝近缘类群的总称)起源约2.5亿年前,历经三叠纪末与白垩纪末两次大灭绝,以及中生代—新生代多次极热与变冷事件。现生鳄类(Crocodylia)仅局限于暖温带至热带的非海相环境,呈现典型喜热特征;但其更广阔的化石谱系曾出现陆生、半水生、海洋、巨型乃至植食类型,并一度分布至极地。一个核心争议在于:现生鳄类的窄气候生态位,究竟是谱系深时尺度上长期内在生理约束导致的系统发育生态位保守性(phylogenetic niche conservatism,PNC),还是冠群近期对现代气候的适应性收缩。若生态位可塑,类群可通过性状演化响应新气候;若生态位保守,则存续依赖对适宜气候区的地理追踪,追踪失败即导致局域灭绝。
研究人员以超过400个化石与现生物种的时间系统树、逾7000条化石出现记录,以及约13万条现生鳄类清洗后出现点为基础,整合古气候重建,在《SCIENCE ADVANCES》报道了一项跨越2.45亿年的定量研究,揭示鳄系主龙气候生态位长期有界保守,并在关键地质节点发生离散最适值偏移。
主要技术方法
研究人员构建并比对两类框架:一是基于现生鳄类出现记录训练生态位模型(ENM),提取暖季温、冷季温、湿季降水与干季降水四类变量,投射至52期古气候场;二是系统发育古地理建模(PPGM),在系统发育比较框架下依 Ornstein-Uhlenbeck(OU)过程重建祖先气候包络。宏演化模型拟合采用 Pagel’s λ、Blomberg’s K 检验系统发育信号,并以单区制与多区制 OU(bayou、SURFACE)识别最适值偏移;针对白垩纪末,还以耦合大气—海洋环流模型(AOGCM)分支运行瞬态强迫实验(太阳辐射减弱、灰层、Deccan CO?富集及其组合)。
研究结果
宏演化模型拟合显示,年均温(MAT)与年降水(MAP)均具强系统发育信号:λ接近1而K低于1,符合多最适值OU而非布朗运动(BM)。MAT根最适值θ约23.1°C,冠群端值26–30°C;MAP根θ约1929 mm。MAT系统发育半衰期约39.9 Myr,MAP仅约8.9 Myr,表明降水约束更紧。主要偏移发生于森诺曼期/土仑期(约93.9 Ma)热最适值升至约35°C,以及始新世/渐新世(约33.9 Ma)澳洲 mekosuchine 支系降水最适值干化,两轴时空解耦。
时空适宜性与化石记录部分表明,ENM与PPGM在多数时段一致:早三叠低纬广适,卡尼期湿润事件后扩张,三叠末—早侏罗收缩,中晚侏罗与古近纪早期极向开窗,渐新世退缩、中新世再扩张。暖期极向扩散与冷期赤道收缩,是对保守最适气候区的追踪,而非生态位本身大幅漂移;差异区间主要反映现实生态位与基础生态位的外推边界不同。
白垩纪末边界实验中,除极端?15%太阳辐射情景外,低纬—亚热带避难所气候适宜性基本保留;Deccan CO?升高反而拓宽适宜纬度。这为非鸟恐龙崩溃而鳄系主龙存续提供了 abiotic 空间机制补充。
讨论与结论翻译
讨论指出,OU有界过程意味着性状离散始终低于无约束扩散预期,现代鳄类窄生态位是深时保守信号而非近期特化;C/T热偏移与E/O降水偏移是少数“最适值本身改变”的节点,其余波动表现为地理重表达。K/Pg模拟说明喜热保守性在撞击冬中恰使幸存者位于气候韧性最强的低纬带,但是否存续还叠加小体型、半水生、广食性与变温低代谢需求。
研究结论如下:鳄系主龙的气候生态位在2.45亿年中以有界OU动力学维持长期保守;温度与降水最适值在C/T与E/O两段地质边界发生支系级离散偏移;暖期极向分布扩张是范围追踪而非快速生态位演化;低纬避难所在白垩纪末多数强迫情景中存续,构成其大灭绝后恢复的空间基础。气候生态位保守性古老而非静止,是理解该类群宏演化与灭绝选择性的关键宏演化信号。
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