本文最初发表于 Knowable Magazine。
气候变化和生物多样性下降是当今人类面临的两个最大的环境危机，但预测它们如何共同发展却很棘手。理想情况下，科学家会研究地球上的生命如何应对过去的剧烈气候变化时期，但大多数物种的化石记录参差不齐。
然而，有孔虫的化石是一个例外：它们无处不在。
这些单细胞海洋生物被外壳包裹，外壳通常由碳酸钙构成，这是粉笔的主要成分（粉笔源自死亡后沉积在海底的有孔虫和其他生物的外壳）。它们的名称源自拉丁语，指的是连接其经常很漂亮的外壳内部不同腔室的孔洞。外壳周围突出的触须状延伸物使它们能够寻找和收集食物。
“当你看到一只活着的有孔虫时，它就像一粒沙子，周围有一圈大大的、黏糊糊的触手，”德克萨斯大学奥斯汀分校的古海洋学家 Chris Lowery 说。
大多数有孔虫物种栖息在海底，但古生物学家对生活在开阔水域中的浮游有孔虫物种特别感兴趣。由于其数量惊人且寿命短暂，它们的化石遍布全球海底。
这使得研究人员能够通过研究外壳及其包含的化学线索，详细重建过去气候变化时哪些物种繁荣，哪些物种遭受了损失。“如果你对有孔虫外壳进行一点化学分析，就可以重建它生长时的水温等信息，”加拿大维多利亚大学的微体古生物学家 Andy Fraass 说。“所以它们可以告诉我们很多关于海洋状况的信息。”
研究人员通过钻探海洋沉积物来研究化石，以揭示一层又一层的碳酸钙外壳。他们钻得越深，看得越远。“你可以从海底捞出一管泥土，并沿其长度取样，每份样本都包含数千个有孔虫：这是它们局部历史的详细记录，”Lowery 说。
大规模灭绝
这类研究已帮助揭示，浮游有孔虫最早出现在侏罗纪时期，约 1800 万年前，并在大约 6600 万年前一颗小行星 撞击地球 时经历了一场重大危机。“每个人都在谈论恐龙在那时灭绝，”伦敦大学学院的微体古生物学家 Paul Pearson 说，“但我们从有孔虫化石中了解了发生了什么。首先，它们有很多，然后在撞击后形成了一个明显的层，[然后] 之后非常少。”
撞击使岩石汽化，将大量硫磺和灰尘释放到空气中。“这以及许多火灾产生的烟雾，使阳光在多年里被遮挡，”Lowery 说，他曾参与 2016 年一次调查小行星撞击坑的海洋钻探考察。“这阻碍了海洋食物链底层的藻类进行光合作用，并导致许多生态系统崩溃。”深海有孔虫远离海面，能够继续以死去的生物残骸为食，它们大多安然无恙，但十分之九的浮游物种灭绝了。
Fraass 和 Lowery 于 2019 年报道，在这场大灭绝之后，有孔虫物种多样性才花了约 1000 万年才恢复。“当物种灭绝时，就好像它们的家谱上的一大分支断裂了，”Fraass 说。“而要重新进化出足够的多样性来重新长出这个分支，则需要很长的时间。”
然而，对于那些在大屠杀中幸存下来的生物来说，这创造了机会。“随着如此多的物种消失，以前稀缺的资源竞争减少了，即使是不同寻常的个体也可能获得机会，并且可能出奇地成功，”英国普利茅斯大学的海洋生态学家 Tracy Aze 说。
Pearson 说，撞击后不久，一种新型有孔虫出现了，“它布满了棘刺，这些棘刺可能帮助它们漂浮并捕捉更多食物。”
冷热
虽然小行星遮挡阳光的沉降物引起了一段严重的降温时期，但下一个大危机听起来却令人不安地熟悉：大约 5600 万年前，地球的平均温度升高了 5 摄氏度，可能由于火山活动释放的温室气体。
深海有孔虫受到严重打击，可能是因为进入海洋的高含量二氧化碳导致酸化，损害了它们的碳酸钙外壳——这种影响在深海尤为严重。但这次，只有少数浮游物种灭绝，部分原因是有孔虫通过迁移到更冷的地方来逃避高温。
“在热带地区，温度可能高达 40 摄氏度，对它们来说可能太热了，无法生存，”Aze 说。“但我们看到许多热带物种出现在温带地区——而温带物种则向极地迁移，就像它们今天所做的一样。”许多有孔虫在 南极洲周围的南大洋 附近找到了避难所。
大约 3390 万年前，由于一个称为始新世-渐新世过渡时期的气温大幅下降，又一次大灭绝开始。这预示着一次渐进的降温，最终将导致最近的 冰河时代。“我们开玩笑地称渐新世为‘丑陋世’，”Aze 说。所有奇特而美妙的浮游有孔虫都消失了，只剩下一些小巧、无装饰的。 “我们不确定原因。”
与之前一样，那场大危机创造了大机遇，新的物种进化出了新的习性和栖息地。发源于极地的洋流导致海洋层之间的温差增大，在赤道附近达到顶峰。这创造了更广泛的条件，支持了丰富的物种多样性。
在 2023 年的一项研究中，Aze 和其他人表明，大约 1500 万年前，有孔虫多样性的全球分布 大致与现在相似——在赤道附近最多，然后逐渐向两极减少。
不确定的未来
这些过去的事件告诉我们，对于我们今天正在快速变暖的地球上的有孔虫多样性——以及其他物种的多样性——我们可能会有什么期望？
在 2023 年的一项研究中，Pearson 和同事利用有孔虫化石数据预测了海洋“暮光带”（位于地表以下 200 至 1000 米的区域）的命运。他们估计，在平均全球地表温度上升幅度保持在 2 摄氏度以下的温和变暖情景下，该区域中部的食物供应将下降 20% 以上；而在不太可能的情况下，即到 2100 年温度上升 6 摄氏度，食物供应将下降 70%。这是因为变暖增加了落下的有机碎屑的分解速度，从而导致更少的有机碎屑到达暮光带。
这很可能会对这个广阔但未被充分研究的区域造成浩劫，该区域为许多 捕食的海洋动物 以及像灯笼鱼这样白天潜入这里的独特物种提供了重要的栖息地。
Aze 说，生物体已经开始响应全球变暖而向极地迁移，并且科学家们也注意到赤道附近有孔虫多样性有所下降。“这可能会进一步扩大，”她说。
虽然有些物种可以通过向极地迁移来寻找暂时的避难所，但气候变化的速度对许多物种来说可能太快了。一项 2024 年的 有孔虫趋势研究 发现，过去 80 年来，有孔虫的数量下降了近 25%。
这可能是其他生物群多样性的一个不祥预兆，因为它们往往会遵循有孔虫的趋势。Fraass 说，由于有孔虫作为一个群体从几次大灭绝中恢复过来，它们极不可能消失。但恢复可能需要很长时间，而人类的介入使得预测近期未来尤为困难。或者正如 Lowery 所说：“几千年后再问我吧。”
