研究人员已经使用了近五十万块化石来解决了一个200年的科学谜团：为什么不同物种的数量在赤道附近最多，并且向极地地区稳步减少。今天发表在《自然》杂志上的研究结果为生物多样性如何在长期尺度上产生以及气候变化如何影响全球物种丰富性提供了宝贵的见解。
人们早就知道，在海洋和陆地系统中，物种(包括动物，植物和单细胞生物)都显示出“纬度多样性梯度”，生物多样性在赤道达到顶峰。但直到现在，有限的化石数据使研究人员无法彻底研究这种多样性梯度是如何产生的。
在这项新研究中，牛津大学，利兹大学和布里斯托尔大学的研究人员使用了一组称为浮游有孔虫的单细胞海洋浮游生物。该团队分析了全球化石数据库中的434，113个条目，涵盖了过去40万年。然后，他们研究了物种数量随时间和空间的变化与纬度多样性梯度的潜在驱动因素之间的关系，例如海面温度和海洋盐度水平。
主要发现：
现代纬度多样性梯度最早出现在大约34万年前，当时地球开始从温暖的气候过渡到凉爽的气候。
这个梯度最初保持浅，直到大约15万至10万年前，它显着变陡。这与全球降温的显着增加相吻合。
浮游有孔虫的丰富度高峰出现在40万至20万年前的高纬度地区。然而，到大约18万年前，峰值丰富度转移到纬度10°至20°之间，与今天观察到的多样性模式一致。
物种丰富度与海面温度之间存在很强的正相关关系 - 无论是在特定位置随时间变化建模时，还是在特定时间的不同位置建模时。
物种丰富度与温跃层强度之间也存在正相关关系：海洋表面较温暖的混合水与下方较冷的深水之间存在的温度梯度。
根据研究人员的说法，这些结果表明，浮游有孔虫物种丰富度的现代分布可以通过过去15万年从赤道到两极的纬度温度梯度的陡峭来解释。与高纬度地区相比，这可能在水柱内的热带地区开辟了更多的生态位，促进了更高的物种形成率。
为了验证这一假设，研究人员检查了现代浮游有孔虫物种在垂直水柱内不同深度生活的程度。他们发现，在靠近赤道的低纬度地区，与高纬度地区相比，今天的物种在水柱内的垂直分布更均匀。
这表明，现代多样性梯度的一个关键驱动因素是，从15万年开始，低纬度和高纬度地区之间以及水柱内的海面温度差异显著增加。热带地区较温暖的水域能够在垂直水柱内支持更广泛的不同温度栖息地和生态位，从而鼓励更多物种进化。
今天的热带地区比过去温暖时期(如始新世和中新世)的热带地区更丰富，当时海洋中的垂直温度梯度很少或没有。
此外，高纬度地区海水温度的冷却可能导致许多区域物种种群灭绝，从而促成了现代多样性梯度。
浮游有孔虫起源于早侏罗纪至中侏罗纪(约170.66亿年前)。它们存在于世界各地的海洋中 - 从极地地区到赤道 - 并占据海洋上两公里的一系列生态位。因为它们产生坚硬的外壳，所以它们可以大量保存。全球丰富的浮游有孔虫及其过去<>万年的特殊化石记录使它们成为这项研究的理想群体。
该研究的主要作者Erin Saupe博士(牛津大学地球科学系)说：“通过解决生物多样性的空间模式如何随时间变化，我们提供了有价值的信息，对于理解生物多样性如何在地质时间尺度上产生和维持至关重要，超出了现代生态学研究的范围。
该研究的合著者Tracy Aze副教授(利兹大学地球与环境学院)补充说：“虽然它们足够小，可以放在针头上，但浮游有孔虫拥有科学已知的最完整的物种级化石记录之一。我们的研究建立在60年的深海样本采集以及研究科学家对数十万个标本的勤奋计数和记录的基础上。能够对物种随时间分布的驱动因素产生如此重要的结果，并公正地处理这个美妙的化石档案，真是太棒了。
该研究的共同作者，布里斯托大学地理科学系高级研究员Alex Farnsworth博士说：“了解为什么古代历史上的物种在赤道附近更加多样化和丰富，而在两极附近可以提供重要的见解，如浮游生物，在未来可能会做出反应。这些微小的单细胞生物是海洋食物链中的重要环节，因此研究它们对气候变化的反应可能有助于我们更好地预测随着气候变化的加剧，气温继续变暖，它们可能会受到怎样的影响。
“这对海洋食物网有潜在的重大影响，如鱼类和水生哺乳动物，如海豹和鲸鱼，并可用于为未来保护海洋生物和保护生物多样性的措施提供信息。
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