科学通报 | 深时视角揭示：地球上最稳定的生物多样性规律，其实从未真正“稳定”

在今天的地球上，无论是鸟类、哺乳动物，还是海洋无脊椎动物，都遵循着一条普遍的地理分布规律：越靠近赤道，物种越丰富；越靠近两极，多样性则逐渐降低。这一被称为“纬向多样性梯度”（Latitudinal Diversity Gradient, LDG）的格局，常被视为生物地理学中最稳定、最宏观的模式之一。然而，南京大学团队近日发表的一项系统综述指出，若置于5.4亿年的地质历史（显生宙）背景下审视，LDG并非一成不变，而是经历了多次减弱、消失乃至反转的动态演变。

那么，多样性的高峰为何会在地质历史中“乱跑”？研究揭示，其背后关键在于气候与板块构造的协同作用。研究表明，地球气候状态与板块运动的长期演化，共同塑造了深时LDG的形态变迁：

● 在温室气候主导时期（如寒武纪、三叠纪、白垩纪），全球温度梯度较弱，海洋大陆架面积成为重要驱动因素，生物多样性高峰常出现在中纬度区域。

● 在冰室气候时期（如奥陶纪晚期、晚古生代大冰期及现代），强烈的温度梯度与较高的高纬度生物灭绝率，促使生物多样性重新向热带集中，形成显著的赤道高峰。

南京大学樊隽轩研究团队基于超过100万条海洋无脊椎动物化石记录（图1），系统重建了显生宙海洋生物多样性的时空格局。分析发现，多样性峰值与大陆架中心纬度之间存在显著正相关（r = 0.84），首次从量化角度证实了“浅海可栖息面积”在深时LDG形成过程中所起的关键作用。

图1 显生宙海洋无脊椎生物的时空演化及其影响因素。

(a) 显生宙海洋无脊椎生物的LDG，不同颜色代表属级多样性百分比；(b) 不同地质时期多样性峰值的纬度分布，气泡大小代表属的数目；(c) 大陆架中心的纬度值随时间的变化曲线，由PALEOMAP古纬度重建结果计算所得；(d) 全球平均温度变化曲线，红色虚线表示18℃。当全球平均温度低于18°C时，会形成大型极地冰盖；当全球平均温度高于18 ̊C时，不太可能形成大型极地冰盖；(e) 多样性峰值纬度与大陆架中心纬度的散点图。地质年代单位缩写：Cm，寒武纪；O，奥陶纪；S，志留纪；D，泥盆纪；C，石炭纪；P，二叠纪；Tr，三叠纪；J，侏罗纪；K，白垩纪；Pg，古近纪；Ng，新近纪。

论文同时指出，当前LDG研究面临两大核心挑战：

1. 化石数据的空间偏差

高纬度地区因保存条件差、采样覆盖率低，其生物多样性长期被系统性低估。例如，目前主要的化石数据库（如PBDB）中，数据多集中在欧美地区（图2），而非洲、南美及广阔的南半球仍存在显著的“数据空白”。

图2 PBDB数据库中化石采集层在不同国家的采样强度或数量

2. 古地理重建模型存在显著差异

同一化石样本在不同板块模型下，其古纬度重建结果可能相差超过10°，直接导致多样性峰值位置在不同研究中存在差异。因此，该项研究强调，任何深时LDG分析均应明确说明所采用的模型并报告相应的误差范围。

为系统解释LDG在地质历史中的动态变化——如截断双峰、温带峰值、平坦梯度甚至梯度反转等格局，作者提出了一个融合“环境—演化—尺度”的统一框架。该框架整合了温度梯度、气候稳定性、栖息地面积等环境因子，物种形成、灭绝、扩散等关键演化过程，以及从数十万年到数千万年不同时间尺度的效应。这一框架不仅有助于理解过去的LDG格局演变，也为预测全球变暖背景下LDG的未来变化趋势提供了理论依据。

为提升LDG研究的解释力与预测能力，作者呼吁未来应着力于构建真正具有全球代表性的化石数据库与气候-演化耦合模拟平台，并提出了以下具体建议：

● 加强对热带、高纬及深海等数据薄弱区域的系统采样，提升数据的全球覆盖度与代表性；

● 发展并应用空间标准化抽样、贝叶斯网络及多因子整合建模等方法，实现对关键机制的定量解析；

● 推动深时研究与高分辨率古气候模型的深度耦合，以预测未来生物多样性格局的变迁路径；

● 打破科学数据领域存在的殖民主义与不平等现象，促进全球范围内的开放共享与协作研究。

文章信息

文蝶, 樊隽轩. 深时视角下的纬度多样性梯度: 机制与挑战. 科学通报, 2026, 71(21): 5018-5032.

Wen Die, Fan Junxuan. Latitudinal diversity gradients from a deep-time perspective: mechanisms and challenges (in Chinese). Chinese Science Bulletin, 2026, 71(21): 5018-5032. DOI: 10.1360/CSB-2025-5676.

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