浸大通讯

重估气候变化对生物进化的影响

2022年5月27日

长久以来都一个说法，指气候变异是推动哺乳类动物包括人类祖先进化的主要因素，但一项由浸大学者合著的研究对此提出了质疑。

这项研究将气候数据与过去 400 万年非洲大型哺乳类动物的化石记录加以对照，发现历史上即使曾出现气候极度不稳定的情况，也没有出现大规模的生物进化现象，与普遍相信的「变异选择假设」并不相符。相关论文已在《美国国家科学院院刊》发表。

意义重大的研究

地理系研究教授兼论文的共同作者欧文彬教授表示：「我们首次证明到气候变化与哺乳类动物以至人类的进化之间并没有长远关联。虽然物种进化反映出生物会随环境变异，适者生存；但较之气候因素，生态因素的影响可能更大。」

为印证这一突破性结论，研究人员必须解决两个问题：首先，为进一步探索气候变化与物种进化之间的关联，他们必须综合和重组非洲气候变化的历史进程；其次，他们需要计算新物种出现和灭绝的速度。

当研究人员检视环境样本以得出气候数据时，他们发现在始于500多万年前的「上新更新世」时期，气候变异反映了地球轨道和方向相对于太阳的改变。此外，他们观察到由于全球冰量和海洋温度的变化，整个非洲的环境也出现长期并持续加剧的变异。

欧文彬教授并指由于没有足够的人类化石来进行有用的统计，研究人员同时查看了牛科动物等大型哺乳动物的化石记录，当中包括羚羊和其他大型草食动物。研究团队接着使用「现代野生动物种群生物学」的一种技术来解读化石记录中不完整的地方，从而了解相关时期内动物种群的大致规模和结构。

完成后，研究人员将气候数据与化石记录直接比较，发现结果并没有显示环境变化与物种起源或灭绝率之间有显著关联，换言之，环境变异性和物种周转率之间可能并无密切关系。

详尽细致的调查

这次大型研究是 12 年前开展的「古人类遗址和古湖钻探项目」的一部分，运用了大量来自不同来源的数据。欧文彬教授作为沈积学、微化石和地球化学专家，在分析样本及其产生的气候数据方面发挥关键作用。

欧文彬教授和其他研究人员合共分析了从非洲大陆及周边地区17 个地点的湖床、海床和陆地露头采集得的样本，当中还包括他和前浸大博士生 Veronica Muiruri 博士自东非钻采所得的岩芯样本，内有单细胞藻类「硅藻」的记录、花粉数据，以及一些主要元素和微元素。

欧文彬教授续说：「这项研究的一个特点是，我们将研究小组从东非五个地点收集的数据汇合，并与非洲其他地区及周边海域的数据相结合，从而推算环境变异的程度。基本上，我们有长达 500 万年的记录，虽然出于统计原因，我们无法使用所有记录，但如果『变异选择假设』是正确的，当环境越发多变时，应该会有越多的物种诞生和灭绝。可是数据表明，两者整体上并没有关联。」

比较数据

这些数据还带来一个问题。为探索气候变化与物种进化之间的关系，研究团队需要先找出方法去结合不同类型的气候数据，包括花粉、藻类、尘埃和土壤等。为评估多样的气候数据，研究人员巧妙地设计了一些统计方法，将变异程度加以量化，并比较不同位置采集的数据，工作殊不容易。

欧文彬教授指分析岩芯样本有点像侦探查案。他说：「我们从岩芯寻找不同线索，一旦取得关于某个特定环境变化的线索后，就尝试去解释该项变化。其实我们所做的，就是在不同地点的各个样本中寻找是否有任何在相同时间出现的重大变化。」

为了更易于比较样本，研究人员还将大量气候数据分配到「二万年」、「十万年」和「40万年」等时间段，以便团队统一收集到的数据，然后计算每个时间段内气候变化的平均值。数据统一后，团队就可以将其与化石记录比较，观察气候变化与物种进化的时期是否并行。

欧文彬教授解释：「数据集有很多种，我们不能单单将它们相加，而是要通过将它们转换为可比较的单位，查看其中的相对可变性，才能将所有数据加以总汇。」

改变科学界的共识

总括来说，这项重大研究提供了过去 400 万年气候变化以至化石记录变化的数据。如果真的有如「变异选择假设」所指，环境变异导致人类祖先变得更有智慧，从而引发物种的诞生和灭绝，那么应能在数据中会反映出来。然而，研究团队没有找到任何有关线索。

尽管论文的作者对「变异选择假设」提出质疑，但也承认该假设仍然有可能是正确的，只是规模有所不同。他们希望鼓励科学界慎思这个假设，而不是直接采纳为理解非洲化石记录的基本原则。

欧文彬教授补充道：「希望我们的研究结果能令科学家对气候变化与非洲化石记录之间的关系改观，尤其是人类化石记录。」