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一项新的研究表明，海洋动物之间的进化军备竞赛彻底破坏了海洋生态系统，其规模类似于全球灾难引发的大规模灭绝。
一项新的研究显示，海洋动物之间的进化军备竞赛彻底破坏了海洋生态系统，其规模类似于全球灾难引发的大规模灭绝。
瑞典乌梅阿林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次的计算机历史模型在过去的5亿年里海洋生物的数量。他们对化石记录的分析与古生物学家J.John Sepkoski 1981年的一项开创性研究密切相关，但有一个关键区别。
Sepkoski开创性的统计工作表明，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，对应于两次大灭绝事件。这些事件将海洋生物分为他所说的“三大进化动物群”，每一个都由一组独特的动物控制。
但新模型揭示了第四种动物。
大约2.5亿到6600万年前，捕食性海洋动物与其猎物之间为生存而展开的激烈斗争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。这第三次大的转变比它的前辈要缓慢得多，是由有机体驱动的，而不是由外部过程驱动的。
研究的主要作者亚历克西斯·罗哈斯（Alexis Rojas）在佛罗里达大学获得博士学位，他说：“我们学到的是，并不是所有动物生命的重大转变都与大灭绝事件有关。”。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Umeå；大学致力于跨学科研究的中心。
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，这项研究的合著者、罗哈斯的博士顾问、佛罗里达州无脊椎动物古生物学博物馆汤普森主席Michal Kowalewski说：“化石记录告诉我们，生命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渐进的，可能是由生物体之间的生物相互作用所驱动，“他说，
塞普科斯基的工作具有革命性的一个原因是，他用数学方法解决了一个实际问题：化石记录太大、太复杂，一个人无法通过单独观察标本来辨别生命的基本模式。”，它们的形式、功能、相互作用和历史的复杂性通常看起来是压倒性的，而且几乎是无限的，”他在1981年的研究介绍中写道。
他认为，将这些组成部分组织成一个系统的层次结构，提供了一个更完整的观点。塞普科斯基的模型将5亿年的海洋生物划分为三个伟大的朝代，每一个朝代之间都有一次大灭绝，为新生物群的繁衍和统治扫清了道路。在三叶虫统治之后，蛤状动物如腕足类动物和某些古代珊瑚和菊石开始崭露头角。科瓦列夫斯基说，在二叠纪末大灭绝（有时被称为“大灭绝”）之后，它们又被蜗牛、蛤蜊、甲壳类动物、现代珊瑚和各种各样的骨鱼所取代。
塞普科斯基的假说从根本上改变了科学家对生命史的看法。它提供了一种有组织的方式来理解海洋生态系统的历史——总的故事情节和情节曲折。
但随着我们对化石记录的了解不断增长，塞普科斯基在如何分析如此庞大而复杂的信息方面的两难处境也在不断增加，科瓦莱夫斯基说。
“现在有数百万的化石标本被记录在案，这只是他说：“我们的大脑无法处理如此庞大的古生物数据档案。”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。”
Rojas利用数据建模的最新进展来迎接这一挑战。具体来说，他对使用复杂的网络工具来创建更好的化石记录表示感兴趣。与古生物学中的其他方法不同，复杂网络使用表示物理和抽象变量的节点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Facebook用户与平台上朋友的互动模式——但也可以应用于复杂的自然系统。与塞普科斯基一样，罗哈斯也是一位受过古典训练的古生物学家，他在寻找化石记录的新视角。
“有许多过程在多个尺度上同时发生：在你的邻居、你的国家以及整个地球。现在想象一下在一天、一年或500年内发生的过程。他说：“我们所做的是试图跨时间了解所有这些事情。一个简单的网络可能由一个层次组成——所有动物生活的记录和它们生活的地方。但是罗哈斯和他的同事们的网络将不同的时间间隔作为单独的层次，这是以前宏观进化研究中所缺乏的一个特征。结果就是罗哈斯所描述的一个新的、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，因为我们所问的问题，我们所研究的过程，在时间和空间的不同尺度上发生，”罗哈斯说我们后退了几步，这样我们就可以查看整个化石记录了。通过这样做，我们可以探索各种各样的问题。”
把它想象成在谷歌地球上导航，它代表了过去5亿年的海洋。你什么时候去哪里？“我们的海洋生物互动地图显示了较小的动物群及其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，这张地图显示了有特定动物的海洋区域。我们研究的基石是个体动物本身。”
这个复杂的网络显示了Sepkoski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相吻合，而中生代海洋革命始于大约1.5亿年前的中生代时期。最早的假设是在20世纪70年代，这场革命是由海洋食肉动物如骨鱼、甲壳类动物和蜗牛的迅速增加引起的，这些动物从那时起就一直统治着海洋。它们的大量繁殖促使猎物变得更具机动性，躲在海底，或通过加厚盔甲、发育脊椎或提高身体再生能力来增强防御能力。
塞普科斯基知道中生代的海洋革命，但他的模型受当时可用方法和数据的限制，无法解释勾勒出这一逐渐过渡之前和之后的海洋生态系统。罗哈斯和他的同事们的研究表明，物理和生物过程在塑造最高层次的海洋生物方面起着关键作用。
“我们正在将两个假设——中生代海洋革命和三大进化动物群——整合到一个故事中，”罗哈斯说该模型显示的不是生命的三个阶段，而是四个阶段。“乌梅大学的华金·卡拉塔尤德（Joaquin Calatayud）、马格纳斯·纽曼（Magnus Neuman）和马丁·罗斯瓦尔（Martin Rosvall）也是这项研究的合著者
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