有灭绝，然后是“大死亡”。那是大约 2.5 亿年前的二叠纪-三叠纪大灭绝，几乎消灭了地球上的所有生命。
科学家们一直在模拟这次灭绝和许多其他灭绝的结果，以了解地球上的生命如何应对挑战，但一项新的研究发现，一种通用的方法可能掩盖了在大规模灭绝期间哪些物种和谱系被摧毁以及哪些幸存下来的真实画面并进化。
该研究于 12 月 1 日发表在Proceedings of the Royal Society B 上，评估了数百种蛤蜊化石，以拼凑出数亿年来的综合进化树。芝加哥大学的科学家——以及史密森学会、英国自然历史博物馆和菲尔德博物馆的同事——发现大多数模型中做出的一个基本假设会严重扭曲进化图，导致从大规模灭绝到进化恢复的规模。减少多达 400%。
这个特殊的假设是，当一个新物种被创造出来时，它会将谱系分成两个新物种——导致原始物种灭绝。例如，一种被称为物种 A 的蛤可能分裂为物种 B 和 C，物种 A 被认为已经灭绝。
但有时新的谱系可能会从现有谱系中“萌芽”。在这种情况下，即使物种 A 继续存在，蛤物种 B 也可能诞生。
然而，这种微妙的区别似乎产生了很大的影响：“根据你在模型中加入的假设，你可以得到两张完全不同的图片，”小威廉·R·凯南地球物理杰出服务教授大卫·贾布伦斯基说芝加哥大学的科学和论文的资深作者。
“在这些进化树中存在许多非常重要的问题，”芝加哥大学博士后研究员兼该研究的通讯作者尼克克劳奇说。“他们现在支持几乎所有的进化研究。要说关于进化的任何有意义的事情，我们需要准确地知道谱系何时起源，何时灭绝。”
培育进化树
多年来，科学家们只能求助于化石来拼凑进化的历史。化石是非常有用的，但是有很多种类的生物不容易变成化石。“我研究蛤蜊，所以我有很多化石，但我的同事们研究，比如水母或果蝇，就没那么幸运了，”Jablonski 说。
但随后对科学家来说是一个奇妙的福音：分析 DNA 的能力。
随着 DNA 的传递，它会随着时间的推移发生轻微的变化，获得新的突变并保留老一代的部分。通过研究现代生物的 DNA，科学家可以对其进化做出各种估计——包括它的进化树可能是什么样子，即使我们没有任何化石。
然而，在这种类型的分析中内置了很多假设，包括新物种是从原始分支“萌芽”还是“分叉”的问题。科学家们争论这些假设对结果的影响有多大，但克劳奇、贾布隆斯基和他们的合作者想要进行一项实验，看看这会如何随着时间的推移而产生反响——通过创建一个具有良好化石记录的大群体的非常彻底的进化树，并比较谱系起源的不同假设之间的结果。
使用“分叉”假设时出现的问题的说明，该假设倾向于假设物种起源于时间较早。当在不确定的地区发生大规模灭绝时，它尤其会成为一个问题——这可能会扭曲物种如何应对灭绝的真实情况。图片来源：克劳奇等人。
Jablonski 研究双壳类动物，一种包括扇贝、牡蛎和贻贝在内的水生软体动物。这些生物都有坚硬的外壳，很容易变成化石，因此在过去的 50 亿年里，世界各地都有大量的化石记录。
Jablonski 和 Crouch 与菲尔德博物馆馆长 Rüdiger Bieler、前芝加哥大学博士生 Stewart Edie 博士和前芝加哥大学博士后 Katie Collins 合作，为所有双壳类动物绘制了一幅全面的图片，涵盖了 97 个主要科和 5.25 亿年。 “它确实涉及到一定程度的极端痴迷，”Jablonski 承认。
这个过程让他们对双壳类家族树在现实中的样子有了深入的了解。然后克劳奇使用许多 DNA 研究中常见的“分叉”假设来计算数字，然后使用“萌芽”方法再次运行它们。
他们发现了巨大的差异。“你可能不会期望一个简单的决定会产生这么大的影响，”Jablonski 说。“但事实证明，如果你将这种假设强加于你的数据，你真的会失去一些全局。”
假设谱系在多样化时总是分叉，往往会将新谱系的起源推向比化石记录显示的更远的时间。例如，如果您看到蛤蜊 A 和后来的蛤蜊 B 和 C，分叉假设说蛤蜊 B 和 C 一定都起源于您第一次看到蛤蜊 B 出现在化石记录中，因为新的谱系总是成对出现。但实际上，clam C 可能要到很晚才进化——因此分叉往往更早开始新的谱系。
如果它跨越了大规模灭绝的时期，这尤其糟糕，因为分裂的方法隐藏了灭绝和随后的反弹的真实影响。
“从化石中，我们看到了像中生代末期那样的大规模灭绝之后的戏剧性进化爆发，当时恐龙灭绝了，鸟类的后代和我们这样的哺乳动物一起起飞，”贾布隆斯基说。“但分裂方法往往使多样化似乎比实际发生得更早、更慢，因此它扭曲了关于大规模灭绝及其后果的图景。”
例如，分叉法表明在中生代末灭绝后出现了七个主要谱系。但是化石记录说它是 28。“这是四倍的差异，”Jablonski 说。
这是令人不安的，因为大规模灭绝是生物学家如何理解进化的一个重要因素，克劳奇说：“大规模灭绝对塑造生物多样性具有难以置信的影响。你会得到完全灭绝的谱系，以及作为回应出现的全新谱系。它们是进化的一个主要因素。”
然而，通过使用允许萌芽而不是分裂的进化模型，科学家们得到了一张与化石记录更接近的图片。
科学家们希望这些结果能帮助研究人员改进所有基于 DNA 的树木研究，尤其是那些化石记录不太可靠的研究。这包括许多类型的生命，从苔藓到鱿鱼再到鸟类。
科学家们说，这项由 NASA 和 NSF 资助的工作只有通过合作才能实现。“这个小组将广泛领域的研究人员聚集在一起。这导致了一组非常强大的分析，”Jablonski 说，并特别引用了芝加哥大学的进化生物学委员会。“如果没有这种团队合作，我们就不可能做到。”