作者娜塔莉·范·豪斯，佛罗里达自然历史博物馆 1981年的一项开创性研究将海洋生物的历史分为三个层次，在每个时期都有某些动物统治着海洋
两次大灭绝为新群体的繁荣和统治扫清了道路
但是一项新的研究提供了证据，证明海洋食肉动物的崛起是一个同样强大的转变，导致了海洋生物的第四个等级
荣誉:杰夫·盖奇/佛罗里达自然历史博物馆 一项新的研究显示，海洋动物之间的进化军备竞赛在类似于全球灾难引发的大规模灭绝的规模上彻底摧毁了海洋生态系统
瑞典乌默奥大学和佛罗里达自然历史博物馆的科学家利用古生物数据库建立了一个多层的计算机模型，展示了过去5亿年间海洋生物的历史
他们对化石记录的分析与古生物学家J
约翰·赛普斯基——有一个关键的区别
Sepkoski开创性的统计工作显示，大约4.9亿年前和2.5亿年前，海洋生物多样性发生了突变，相当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“三大进化动物群”，每一个都由一组独特的动物主宰
但是新模型揭示了第四个
大约2.5亿到6600万年前，掠夺性海洋动物和它们的猎物之间展开了激烈的生存斗争，这可能是一股同样强大的力量，将海洋多样性重塑为我们今天所看到的样子
这第三次大转变比它的前身要渐进得多，是由有机体而不是外部过程驱动的
该研究的主要作者亚历克西斯·罗哈斯获得了博士学位，他说:“我们了解到，动物生活中并非所有的重大变化都与大规模灭绝事件有关。”
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在佛罗里达大学
罗哈斯现在是综合科学实验室的博士后研究员，该实验室是乌默大学跨学科研究的中心
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重大变化的主要驱动力，该研究的合著者迈克尔·科瓦勒夫斯基(Michal Kowalewski)说，他是罗哈斯的博士顾问，也是佛罗里达博物馆汤普森无脊椎古生物学主席
“化石记录告诉我们，生命历史上的一些关键转变是由突然的外部因素引发的快速变化
但这项研究表明，其中一些主要的转变是更加渐进的，可能是由生物之间的生物相互作用驱动的，”他说
大约从1.5亿年前开始，鱼类、蜗牛和甲壳类等海洋食肉动物迅速多样化，主宰着海洋
它们的猎物通过躲藏、变得更加灵活或加强外部防御来适应环境
这一现象被称为中生代海洋革命，它产生了我们今天所看到的海洋生物，并可能像突然的大规模灭绝一样，有力地重新定义了什么在哪里生活
荣誉:杰夫·盖奇/佛罗里达自然历史博物馆 塞普科斯基的工作如此具有革命性的一个原因是，他对一个实际问题采取了数学方法:化石记录太大，太复杂，一个人无法单独通过观察标本来辨别生命的潜在模式
他在1981年研究的导言中写道:“当单独或以小组的形式考察其组成部分时，它们的形式、功能、相互作用和历史的复杂性往往显得难以承受，而且几乎是无限的。”
他认为，将这些组件组织成一个系统层次，呈现了一个更完整的视图
Sepkoski的模型将5亿年的海洋生物划分为三个伟大的朝代，每个朝代都被一次大规模的灭绝分开，这为新的群体繁荣和统治扫清了道路
三叶虫统治后，被称为腕足动物和某些古代珊瑚和菊石的湿冷动物开始崭露头角
二叠纪末大灾变灭绝后，有时被称为“大死亡”，它们依次被蜗牛、蛤蜊、甲壳类动物、现代珊瑚和各种硬骨鱼取代
科瓦勒夫斯基说，赛普斯基的假设从根本上改变了科学家对生命历史的看法
它为理解海洋生态系统的历史提供了一种有组织的方式——总体的故事情节和曲折的情节
但是，随着我们对化石记录的了解的增加，赛普斯基面临的如何分析如此庞大而复杂的信息的困境也在增加，科瓦勒夫斯基说
“现在有数百万化石标本记录在案，我们的大脑根本没有可行的方法来处理如此大量的古生物数据档案，”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
" 罗哈斯利用数据建模的最新进展迎接了这一挑战
具体来说，他对使用复杂的网络工具来更好地再现化石记录感兴趣
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的链接结构来揭示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，展示脸谱网用户在平台上与朋友互动的模式——但它们也可以应用于复杂的自然系统
像赛普斯基一样，罗哈斯是一名受过经典训练的古生物学家，他在化石记录中寻找新的视角
“在多个尺度上，有许多过程同时发生:在你的邻居、你的国家和整个地球上
现在想象一下在一天、一年或500年内发生的过程
我们正在做的是试图了解所有这些跨时间的事情，”他说
赛普斯基的模型显示了三个主要的海洋生物群，或称进化动物群，而这项研究显示了四个，将第三个也是最近的一个类群分成了两个
这最后一次转变很可能是由生物体自身驱动的，而不是外部过程
信用:亚历克西斯罗哈斯 一个简单的网络可能只有一层——所有动物生活和它们生活的地方的记录
但是罗哈斯和他的同事们的网络将不同的时间间隔整合为单独的层，这是以前宏观进化研究中缺乏的特征
结果是罗哈斯描述的一个新的、抽象的化石记录，是对博物馆收藏标本所代表的物理化石记录的补充
“这很重要，因为我们提出的问题，我们研究的过程，在时间和空间上以不同的尺度发生，”罗哈斯说
“我们已经后退了几步，所以我们可以查看整个化石记录
通过这样做，我们可以探索各种问题
" 想象一下，在代表过去5亿年海洋的谷歌地球上导航
你什么时候去哪里？ “我们的海洋生物互动地图显示了更小的动物群体以及它们在每个进化动物群中的相互作用，”罗哈斯说
“在最基本的层面上，这张地图显示了拥有特定动物的海洋区域
我们研究的基础是动物个体本身
" 这个复杂的网络显示了赛普斯基的模型无法捕捉到的东西:海洋生物的逐渐转变与中生代海洋革命同时发生，这场革命开始于大约1.5亿年前的中生代
最初的假设是在20世纪70年代，这场革命是由海洋食肉动物的迅速增加引起的，如硬骨鱼、甲壳类动物和蜗牛，它们从那时起就一直主宰着海洋
它们的繁殖促使猎物变得更加灵活，藏在海底下，或者通过加厚它们的盔甲、长出刺或提高它们再生身体部分的能力来增强它们的防御能力
赛普斯基知道中生代海洋革命，但他的模型受到当时可用方法和数据的限制，无法描绘出这一渐进转变前后的海洋生态系统
罗哈斯和他的同事们的研究表明，物理和生物过程在最高层次上塑造海洋生物中起着关键作用
“我们将两个假说——中生代海洋革命和三大进化动物群——整合成一个单一的故事，”罗哈斯说
“该模型显示的不是人生的三个阶段，而是四个阶段
"
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