最近来自悉尼大学的Tristan Salles博士及其合作者，利用最新的地貌演化模型goSPL，模拟了显生宙以来地球地形地貌的相关变化，讨论了地形地貌变化与生物多样性演化之间的关系。相关研究成果发表的最新的Nature杂志上。
研究利用地貌演化模型，耦合古板块构造重建结果、古气候模拟数据，模拟得到了整个显生宙时期全球高分辨率的古地形地貌变化，具体包括侵蚀和沉积速率的变化、流域水系网络的变化以及沉积物传输通量的变化。在此基础上，研究和海陆生物多样性演化进行对比，讨论了地貌动力变化对生物多样性演化的影响。
结果显示：在显生宙的长期变化中，地表侵蚀有两个高速率时段（图1）。一是古生代的志留纪-二叠纪早期。其中志留纪到石炭纪，地表河流径流量高，侵蚀强，沉积物通量高。二叠纪则是由于潘基亚（Pangaea）超大陆聚合导致地势起伏程度增大，侵蚀增强。二是中-新生代以来，侵蚀通量和沉积物通量长期增加，是造山运动和河流径流量共同作用的结果。
↑图1.显生宙沉积物通量和陆地沉积盆地的演化
在控制生物多样化演化的若干因素中，营养物质的供给被认为是重要的外在驱动。河流输入为海洋生物提供了必要的营养元素，因此入海通量的变化会影响海洋的生物地球化学循环。
沉积物入海通量和海洋生物多样性演化的对比（图2）。结果显示，显生宙入海沉积物通量和海洋生物科的总数的变化存在显著的相关性。沉积物通量在时间序列上的变化可以解释海洋生物多样性在古生代的峰值期、潘基亚超大陆时的低值期以及中-新生代以来持续增加。部分大灭绝事件也能和入海沉积物通量变化对应起来。例如，二叠纪-三叠纪之交大灭绝也对应入海沉积物通量在显生宙的最大降幅。研究结果支持构造驱动的古地理变化和全球气候变化，会通过改变入海物质的传输，最终影响海洋生物承载力的变化。
↑图2.显生宙入海沉积物通量和海洋生物多样性演化的对比
陆地沉积物存留量和陆地生物多样性演化的对比（图3）。与海洋不同，这里进行对比时只关注维管植物多样性的变化。因为植物是初级生产者，其他生物受到生物链之间复杂的反馈作用的影响。化石记录显示，在长时间尺度上陆地植物的多样性是单调增加的（图3a）。陆地沉积物通量也呈现相似的变化趋势。特别是中新生代陆地沉积物通量变化和陆地植物多样性演化的相关性很强。造成这一相关性的原因是地表沉积物覆盖量的增加，利于土壤的发育。发育良好的土壤既能提供营养物质，也能提供水汽，更利于植物的特化。同时，中-新生代以来陆地地表地貌的变异程度也在增大（图3b）。这一条件为植物的多样性发展创造了更多的生态位。
↑图3. 显生宙陆地沉积物覆盖面积、地形地貌复杂程度变化与维管植物多样性演化的对比
本文研究结果显示，显生宙地表地貌的动力变化与海洋、陆地生物多样性变化存在一致性，说明地形地貌变化在生物多样性演化中扮演重要角色。具体机制是地形地貌的变化决定了营养物质的供给，而营养物质是生物生长和多样性演化的限制性因素。这一因素与内在的生物自身因素和外在的气候/板块构造因素一样重要。其中，在海洋环境中，河流输入的物质通量直接决定了初级生产力所需要的营养物质量。在陆地上，营养物质则是被内流流域面积调节，通过沉积物在陆地的存留量和覆盖面积影响地表改造程度，最终影响陆地生物的特化与发展。
原文信息：
Salles, T., Husson, L., Lorcery, M. et al. Landscape dynamics and the Phanerozoic diversification of the biosphere. Nature (2023).
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06777-z
来源：地学之家公众号
作者：X张鹿
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷