那是一个奇虾捕食三叶虫的世界，充满了与今天地球上任何生物都不相似的物种。但是一组科学家说寒武纪生物群落的生态非常现代，他们的研究首次重建了这些古生态系统详细的食物网。他们的论文发表在本周出版的开放获取杂志《公共科学图书馆•生物学》（PLoS Biology）上，它提示生活在数亿年前的海洋生物的摄食关系网与今天的非常类似。

 

食物网描绘了栖息地内各物种之间的摄食相互作用——就像食物链，但是更为复杂和现实。发现这样的食物网组织方式的强烈而持久的一致性将有助于我们理解生命的历史和进化，而且可能为现代生态学提供一些见解——诸如生态系统如何响应生物灭绝和生物入侵。

 

来自美国新墨西哥州圣菲研究所和加州伯克利太平洋生态信息学和计算生态学实验室的生态学家Jennifer Dunne领导着一个多学科的科学家团队，研究了保存在寒武纪岩石中的海洋生物的食物网。在寒武纪时代出现了一场多细胞生物——包括今天的物种的祖先，以及许多走入进化的死胡同的奇怪生物——多样性的大爆发。论文的共同作者、英国微软剑桥研究院的Richard Williams开发了一种最新型的“Network3D”软件，用于分析食物网并让其可视化。

 

这组科学家汇编了来自加拿大不列颠哥伦比亚的距今5.05亿年的布尔吉斯页岩和更古老的中国云南东部的澄江页岩中的数据，后者的年龄是5.20亿年。这两个丰富的化石库都不寻常，因为它们精巧地保存了一大批物种的软体部分。通过拼合一系列的线索，他们确定了谁捕食谁。偶尔有一些明显的证据表明捕食关系，诸如肉食性的、同类相食的曳鳃动物奥托亚虫（Ottoia prolifica）的变成化石的消化道内容物。然而在大多数情况下，摄食相互作用是根据它们的居住地以及它们拥有的身体部件推断出来的。例如，抓握用的爪子、游泳用的肢体、大眼和多齿的口器表明奇虾（Anomalocaris canadensis）这种大型的、不寻常的、在今天没有后代的生物是一种以三叶虫和其他节肢动物为食的可怕的捕食者，在一些化石上发现的咬痕与此相符。

 

为了比较寒武纪和今天生态系统的组织，这组科学家使用了研究网络结构的方法，包括用于分析化石数据不确定性的新方法。“古生物学家长久以来知道食物网的重要性，但是我们缺乏严格的方法研究很久以前的食物网，”该论文的共同作者、圣菲研究所和史密森研究院的古生物学家Doug Erwin评论说。“我们证明了我们可以重建古食物网，并把它们与现代食物网进行比较，为古生物学打开了一条新的道路。我们惊奇地发现食物网基本结构的大多数方面似乎在动物生命的最初爆发阶段就确立了下来。”

 

寒武纪食物网和现代食物网有许多相似之处，诸如有多少动物是杂食动物或者同类相食的，还包括每个物种的被捕食者类型数量的分布。这样的一致性以及任何差异只有在物种数量的变化和食物网之间的联系被考虑进去的时候才会显现出来。“存在一些与现代食物网不同的有趣差异，特别是在更早的澄江页岩食物网中。但是在总体上，你遇到什么物种、环境或者进化史并不重要，你会看到许多同样类型的食物网模式”，Dunne解释说。

 

Dunne还说：“我们现在不知道的是为什么来自不同栖息地、跨越了漫长岁月的食物网共享了如此之多的一致性。可能是因为物种层次的进化导致了稳定的群落层次的模式，例如，通过导致灭绝或者发展出防御捕食者的手段的进化选择压力，限制了被多个捕食者捕食的物种数量。或者这些模式可能反映了许多相互作用的物种的动态持久组合，或者反映了资源如何流过生态网络的基本物理限制。”

 

回答这类问题将在生态学、进化论和物理学的交叉路口上开垦出一片新的领域。而且它可能为今天的生态学提供有价值的见解。正如Williams所指出的，“这项研究是如何利用作为多学界研究一部分的计算方法帮助取得新结果的一个绝好的例子。通过更好地了解生态系统在过去如何运作，我们可能更好地理解和缓解今天和未来生态系统所遇到的情况。”（来源：EurekAlert!中文版）