曾经有一段时间，北极附近遍布杂草丛生的沼泽，鳄鱼在其中穿梭。大约在5500万年前——也就是在导致霸王龙及其同类灭绝的大规模灭绝事件之后约1000万年——全球平均气温比现在高出20华氏度以上。亚热带森林蔓延到高纬度地区，哺乳动物在繁茂的新生境中蓬勃发展。
这种酷热的天气与导致恐龙灭绝的事件无关。气候变化的驱动因素并非来自上方，而是来自地球海洋的下方。古生物学家和地质学家认为，古新世（恐龙灭绝后的时期）期间发生的一些自然变暖导致大量结晶甲烷转化为气体。海底将多余的气体喷入水中和空气中，这对地球来说是个坏消息：甲烷是一种比二氧化碳更强效的温室气体。地球因此迅速升温——在不到2万年的时间里跳升了约10华氏度，并在接下来的约7万年里保持稳定，然后才开始缓慢的恢复。
古生物学家称这种高温期为古新世-始新世气候最高温事件（PETM）。这是一个亚热带森林遍布大陆，新动物得以主宰地球的时期，这一切都归功于动荡的大气和海洋。化石记录的这一部分是过去的遗迹，但也可能是我们未来的预演。
饥饿的昆虫
PETM对虫子来说是个好时机。温暖的气候促使干热带森林向北扩张，使得古代怀俄明州看起来更像现代的德克萨斯州。由于许多昆虫是变温动物（它们的体温和生理需求与其栖息地的气候有关），温度的飙升为大量小型生物的迁入打开了大门。
[相关：不相信人类导致气候变化？事实在这里。]
证据来自该时期岩石中发现的化石树叶。一项对PETM前后5000多份植物化石样本的研究表明，昆虫造成的损害的数量和多样性有所增加。在对怀俄明州Bighorn盆地的一项研究中，PETM时期的化石树叶中有一半以上被昆虫损坏——比之前或之后高出20%。虫子啃食植物的边缘，在上面钻洞，并在表面留下小痕迹，一边啃食一边改变着森林。如果食物更好吃的话，可能会有更多的生物繁衍生息：在二氧化碳浓度升高的环境下生长的植物往往营养价值较低，而PETM时期这种温室气体含量很高。
虽然一些现代害虫在高温下会遭受痛苦——在波多黎各，难以适应稳定温度的昆虫正在威胁食物链——但另一些昆虫，如一些蚊子和蜱虫，正在向新区域迁移。2019年的一项研究估计，到2080年，全球暴露于蚊子传播疾病的人数可能会增加近10亿。
海洋灭绝
在某种意义上，海洋就像一个巨大的传送带。通常，南半球的冷空气和盐水混合，形成致密的冷“深层水”，从而维持物质的流动。然而，PETM时期更温暖的气候导致北极降雨增多，减弱了洋流并改变了物质的循环。在不到5000年的时间里，冷空气和含盐的海洋开始在北大西洋混合。这种流动变化进一步加剧了海洋变暖。温度升高增加了当地生物的新陈代谢，从而增加了它们对食物的需求。但是更热的水含氧量更低，因此很容易理解PETM时期的条件是如何使海洋生物陷入绝境的：动物需要更多的食物来维持生存，而氧气的缺乏使环境更加恶劣，并导致营养物质稀缺。
气候效应持续了10万年，一些生物无法适应这种变化。所谓的“装甲变形虫”（又称底栖有孔虫）的深海种类，由于在化石记录中数量众多，是古生物学家研究进化和灭绝的宠儿，它们遭受了大规模灭绝。它们的物种中有超过35%灭绝，这是它们在过去9000万年中唯一一次重大的危机。有孔虫长期以来一直是许多小型海洋生物的主要食物来源，因此古生物学家认为它们的消失造成了巨大的影响。
快速进化
新的物种总是在不断进化，就像其他物种在灭绝一样。古生物学家将新物种取代旧物种的速度称为周转率。来自古新世海洋遗迹的化石表明，在PETM时期，近地表区域的周转率以惊人的速度发生——至少在进化方面是如此。
[相关：储鼠粪便化石里有什么？几千年的秘密。]
在沿海浅水区，现有的蜗牛和蛤蜊种类灭绝了，但很快被类似的软体动物取代，它们承担了相同的生态功能——在沙子中过滤和啃食藻类。其他变化更为剧烈。扳机鱼和河豚遭受了大规模灭绝，这些鱼类花了近2000万年才进化出足够多的新物种来恢复它们失去的多样性。赤道附近，与今天活着的珊瑚相似的珊瑚退缩了，而被称为盘状生物的巨型有孔虫则填补了它们作为珊瑚礁建造者的生态位，直到数百万年后海洋最终冷却下来。
哺乳动物体型缩小
在6600万年前的小行星毁灭了所有非鸟恐龙之前，地球上最大的毛茸茸的动物重约11磅，相当于一只美国獾的大小。 不到一百万年后，由于大规模灭绝清空了新的生态位，最大的体型堪比德国牧羊犬。哺乳动物遍布全球温暖的森林，分化成各种新的食草动物、食肉动物和杂食动物。然后，在PETM的炎热条件下，一些哺乳动物开始缩小。
生物学家在今天的现存哺乳动物中也看到了同样的现象。例如，在寒冷地区，驼鹿的体重通常比南方同类重约80磅。体型较大有助于保留体温：与总体质量相比，身体表面暴露在环境中的比例较小意味着动物散失热量的速度更慢。但在炎热时期，保持温暖变得不那么重要，而更重要的是能够散发多余的热量——这对于体型较小的动物来说，由于其更大的表面积与体质量比，更容易做到。例如，一种名为Sifrhippus sandrae的早期马在PETM期间体型缩小了近三分之一，而一种名为Cantius abditus的早期灵长类动物在PETM中期到末期，体型缩小了约10%。
奇特的降雨
PETM期间气温升高时，沼泽化的极地森林并非凭空出现。毕竟，植物需要水分，而全球雨循环的变化为亚热带冠层的扩张提供了关键的帮助。
我们星球的大部分天气模式——空气和水在海洋和天空中的循环方式——受到赤道高温和极地低温之间温差的影响。在PETM之前，地球中部蒸发的水蒸气会形成雨云，在热带和极地地区降水。但变暖的气候改变了气流，导致赤道地区更多的水分向极地输送，然后才下降。这也是为什么巨大的山核桃树和柏树能在古代北极地区生长，为类似狐猴的灵长类动物提供了攀爬的地方。
[相关： 最新IPCC气候报告的4个最大启示]
但雨水总得来自某个地方；世界上一些地区降雨的激增意味着干旱地区蒸发的水分流失更多。现代气候变化可能产生类似的影响。在欧洲西北部，湿润的冬季已经增加了破坏性洪水的频率。与此同时，美国西南部正朝着比现在更干旱的方向发展。研究表明，到本世纪末，该地区的土壤将比现在干燥10%至20%，干旱风险至少增加20%。
危险区域
到PETM开始时，海洋已经很热了。例如，在大西洋变暖之前，赤道地区的海水温度为92°F，比现在高出近10°F。PETM将温度推高到98°F以上，比现代平均赤道大西洋温度高出16°F以上。海洋迅速变得不堪重负。在如此温暖的海面下，深层海水失去了冷却源。冷水更能保持氧气，因此氧气水平急剧下降。全球变暖带来的二氧化碳涌入也导致海水酸度急剧增加。
很少有生命形式能在这种窒息的水中生存。在PETM的化石沉积物中，古生物学家发现，在赤道附近近100°F的海水中，一种名为“赤潮”的剧毒藻华的微小生物——甲藻——大量繁殖。这些藻华会消耗海洋中的氧气，这就是它们如此致命的原因。我们现代的海水正面临类似的情况：全球已有数百个所谓的“死亡区”被记录在案，包括墨西哥湾和波罗的海的多个区域，我们正面临重蹈PETM覆辙的风险。
这个故事最初刊登在《大众科学》2021年夏季“热”特刊中。阅读更多 PopSci+ 故事。
