在早-中泥盆纪时期，冈瓦纳是南极一片温暖的、被洪水淹没的大陆，是现已灭绝的Malvinoxhosan生物群的家园。新的研究表明，这些物种的减少与海平面和温度变化有关。它们的灭绝，可能是由于海洋屏障的破坏和温水物种的涌入，导致极地生态系统不可逆转的崩溃。在南美洲也观察到类似的模式，强调了极地地区对环境变化的持久敏感性。

在早-中泥盆纪时期，一块叫做冈瓦纳的大陆地——包括今天的非洲、南美洲和南极洲的部分地区——位于南极附近。与我们今天看到的严寒环境相反，当时的气候更温暖，海平面上升淹没了大部分地形。

Malvinoxhosan生物群之谜

Malvinoxhosan生物群是一群在较冷的水域中茁壮成长的海洋动物。其中包括各种贝类，其中许多现在已经灭绝。“直到现在，这些动物的起源和消失仍然是近两个世纪以来的一个谜，”佩恩-克拉克博士说。

研究人员收集并分析了大量的化石数据。他们使用先进的数据分析技术，根据化石的类型对古岩石进行分类。想象一下，这就像把蛋糕分成几层，每层都有不同的成分。

南非早-中泥盆世时期海平面、环境和生物多样性随时间变化的关系简图。资料来源:属:DSI-NRF卓越古科学中心

然后他们确定了至少7到8个不同的层，随着时间的推移，每个层显示的海洋动物种类越来越少。然后将这些发现与环境和海平面的变化情况以及那个古代时期的全球温度记录进行比较。他们发现，这些海洋动物经历了不同物种数量下降的几个阶段，这与海平面和气候的变化有关。这是一个艰难的过程。

“这项研究进行了大约12-15年，这不是一个轻松的旅程，”佩恩-克拉克博士分享道。“我只有通过顽强的坚持和毅力才能克服所有不同的挑战。”

海洋生物适应理论

他们的研究表明，Malvinoxhosan生物群在长期的全球变冷中幸存下来。佩恩-克拉克博士解释说:“我们认为较冷的环境允许极地周围热障的形成——本质上是极地附近的洋流——使这些动物孤立起来，并导致它们的专业化。”

随着气候再次变暖，这些动物消失了。它们被更适应温暖水域的多面手海洋物种所取代。早-中泥盆纪时期海平面的变化可能破坏了使南极水域保持较低温度的天然海洋屏障。

插图是在南非发现的普通无脊椎动物化石。左起顺时针:Australospirifer和Australocoelia的腕足类壳床，eldregeia的三叶虫，hipidothyris的腕足类壳床，蛇足类床。中间是一只登记在册的三叶虫，分配给Burmiesteria。图片来源:Penn-Clarke和Harper(2023)之后的地理重建，Cameron Penn-Clarke和John Almond拍摄的化石照片。资料来源:属:DSI-NRF卓越古科学中心

这使得靠近赤道地区的温暖海水流入，为在温暖条件下茁壮成长的海洋动物进入这些地区创造了条件。结果，这些温水物种逐渐占据了主导地位，导致了专门的冷水海洋动物Malvinoxhosan的减少和最终消失。

对极地生态系统的影响

Malvinoxhosan生物群的灭绝导致极地生态系统的彻底崩溃，因为这些地区的生物多样性从未恢复。

佩恩-克拉克博士补充说:“这表明极地环境和生态系统的功能完全崩溃，以至于它们永远无法恢复。”

他将这项研究比作玩《妙探寻凶》游戏。

“这是一个3.9亿年前的谋杀之谜。我们现在知道，海平面和温度变化的综合影响最有可能是这次灭绝事件背后的‘确凿证据’，”他指出。目前尚不清楚这次灭绝事件是否与早-中泥盆纪其他地方同时发生的已知灭绝事件有关，因为研究人员根本没有任何真正好的年龄推断。谜团进一步加深，而它远未结束。

有趣的是，在南美洲也观察到类似的由海平面变化控制的生物多样性下降。这表明在此期间影响南极地区的环境变化的更广泛格局，并强调了即使在过去，极地生态系统的脆弱性。

“当我们考虑到我们目前面临的生物多样性危机时，这项研究很重要，”佩恩-克拉克博士说。“它证明了极地环境和生态系统对海平面和温度变化的敏感性。不幸的是，发生的任何变化都是永久性的。”

参考文献:《南非Malvinoxhosan (Malvinokaffric)生物区的兴衰:南极早-中泥盆世生物危机的证据》，作者:Cameron R. Penn-Clarke和David A.T. Harper, 2023年10月13日，《地球科学评论》。DOI: 10.1016 / j.earscirev.2023.104595

该研究由GENUS: DSI-NRF古科学卓越中心、国家研究基金会和Leverhulme信托基金资助。