重估氣候變化對生物進化的影響

長久以來都一個說法，指氣候變異是推動哺乳類動物包括人類祖先進化的主要因素，但一項由浸大學者合著的研究對此提出了質疑。

這項研究將氣候數據與過去 400 萬年非洲大型哺乳類動物的化石記錄加以對照，發現歷史上即使曾出現氣候極度不穩定的情況，也沒有出現大規模的生物進化現象，與普遍相信的「變異選擇假設」並不相符。相關論文已在《美國國家科學院院刊》發表。

意義重大的研究

地理系研究教授兼論文的共同作者歐文彬教授表示：「我們首次證明到氣候變化與哺乳類動物以至人類的進化之間並沒有長遠關聯。雖然物種進化反映出生物會隨環境變異，適者生存；但較之氣候因素，生態因素的影響可能更大。」

為印證這一突破性結論，研究人員必須解決兩個問題：首先，為進一步探索氣候變化與物種進化之間的關聯，他們必須綜合和重組非洲氣候變化的歷史進程；其次，他們需要計算新物種出現和滅絕的速度。

當研究人員檢視環境樣本以得出氣候數據時，他們發現在始於500多萬年前的「上新更新世」時期，氣候變異反映了地球軌道和方向相對於太陽的改變。此外，他們觀察到由於全球冰量和海洋溫度的變化，整個非洲的環境也出現長期並持續加劇的變異。

歐文彬教授並指由於沒有足夠的人類化石來進行有用的統計，研究人員同時查看了牛科動物等大型哺乳動物的化石記錄，當中包括羚羊和其他大型草食動物。研究團隊接着使用「現代野生動物種群生物學」的一種技術來解讀化石記錄中不完整的地方，從而了解相關時期內動物種群的大致規模和結構。

完成後，研究人員將氣候數據與化石記錄直接比較，發現結果並沒有顯示環境變化與物種起源或滅絕率之間有顯著關聯，換言之，環境變異性和物種周轉率之間可能並無密切關係。

工人使用鑽機從地下深處採集湖泊沉積物樣本。 圖片來源：Andrew Cohen / 亞利桑那大學ofessor Bernhart Owen, a Re

肯尼亞裂谷最南端湖泊「馬加迪湖」上的鑽探平台在旱季期間的樣貌。 圖片來源：Andrew Cohen/亞利桑那大學

研究論文其中一位作者Veronica Muiruri 博士（左）為剛剛密封的肯尼亞馬加迪湖底沉積物樣本貼上標籤。 圖片來源：Anne Billingsley

詳盡細緻的調查

這次大型研究是 12 年前開展的「古人類遺址和古湖鑽探項目」的一部分，運用了大量來自不同來源的數據。歐文彬教授作為沈積學、微化石和地球化學專家，在分析樣本及其產生的氣候數據方面發揮關鍵作用。

歐文彬教授和其他研究人員合共分析了從非洲大陸及周邊地區17 個地點的湖床、海床和陸地露頭採集得的樣本，當中還包括他和前浸大博士生 Veronica Muiruri 博士自東非鑽採所得的岩芯樣本，内有單細胞藻類「矽藻」的記錄、花粉數據，以及一些主要元素和微元素。

歐文彬教授續說：「這項研究的一個特點是，我們將研究小組從東非五個地點收集的數據匯合，並與非洲其他地區及周邊海域的數據相結合，從而推算環境變異的程度。基本上，我們有長達 500 萬年的記錄，雖然出於統計原因，我們無法使用所有記錄，但如果『變異選擇假設』是正確的，當環境越發多變時，應該會有越多的物種誕生和滅絕。可是數據表明，兩者整體上並沒有關聯。」

比較數據

這些數據還帶來一個問題。為探索氣候變化與物種進化之間的關係，研究團隊需要先找出方法去結合不同類型的氣候數據，包括花粉、藻類、塵埃和土壤等。為評估多樣的氣候數據，研究人員巧妙地設計了一些統計方法，將變異程度加以量化，並比較不同位置採集的數據，工作殊不容易。

歐文彬教授指分析岩芯樣本有點像偵探查案。他說：「我們從岩芯尋找不同線索，一旦取得關於某個特定環境變化的線索後，就嘗試去解釋該項變化。其實我們所做的，就是在不同地點的各個樣本中尋找是否有任何在相同時間出現的重大變化。」

為了更易於比較樣本，研究人員還將大量氣候數據分配到「二萬年」、「十萬年」和「40萬年」等時間段，以便團隊統一收集到的數據，然後計算每個時間段內氣候變化的平均值。數據統一後，團隊就可以將其與化石記錄比較，觀察氣候變化與物種進化的時期是否並行。

歐文彬教授解釋：「數據集有很多種，我們不能單單將它們相加，而是要通過將它們轉換為可比較的單位，查看其中的相對可變性，才能將所有數據加以總匯。」