【科學講堂】化石反映海洋環境 溫差愈大物種愈多
大自然有多種多樣的生物，牠們的形態、生活方式各異，令人嘆為觀止。之前和各位分享了地球地貌跟生物種類多少的關係。這次再和大家探討一個相關的問題：為什麼赤道有較多的物種，而南北兩極的生物種類又會少一點呢？
為什麼赤道附近海洋物種較豐富？
赤道物種比較多這個課題，早在19世紀就已被著名地理學家華萊士（Alfred Russel Wallace）和洪保德（Alexander von Humboldt）談論過，不過一直以來背後的原理還沒有被完全了解。南北兩極的平均溫度也是比赤道低，不期然讓人懷疑溫度和生物種類兩者之間是否存在因果關係。
這個猜想自然有一定的科學基礎：生物學家早已知道溫度對一些生化過程的影響。不過最終溫度如何影響生物的多樣性，還需要進一步的闡述。
有孔蟲（foraminifera）的化石正好提供了一個方法，容許我們量化不同時間、不同地點的生物品種數量，以便更客觀地探討這個課題。
有孔蟲是一種海洋中常見的浮游生物，大部分體型不大於1厘米，但由於身體有殼，死亡後也可以形成化石留在水底的沉積物中。
有孔蟲早在5億多年前就已出現，見證了海洋生物的演化。部分有孔蟲門生物只可以在特定環境中找到，可以藉此還原古代海洋的環境。我們對有孔蟲已經有了較為詳細的紀錄，因此可以整理出牠們在各個時間、地點究竟有多少種類，用以作為研究生物多樣性的借鏡。
研究人員運用有孔蟲化石，建構了4千萬年前地球不同緯度的生物多樣性。有趣的發現是，4千萬年前的氣候比現在溫暖，當時的赤道亦有較多的物種，不過跟南北兩極的差異竟然小於今日的地球。這好像跟我們的直覺有點兒不相符：如果較暖的氣候有助演化出更多種類的生物，那麼4千萬年前的赤道與兩極溫差更大，不是應該比當時的兩極演化出更多的物種嗎？
經由電腦模擬的幫助，研究人員近日提出了一個解釋：暫時撇開氣候不管，水愈深，水溫就愈低。數據顯示，海洋中的溫差改變愈急，水中生物的種類就愈多。這可能是因為不同的水溫適合不同種類的生物生活，要麼是演化出更多的物種，要麼是更多的生物遷移進來生活在溫度合適的深度。所以溫度改變愈大，物種反而更加豐富。
當全球溫度從4千萬年前下降到現在水平的時候，南北兩極下降的幅度要比赤道的為多，加強了兩極和赤道水面溫度的差距。這驅使了海洋水流的循環，再從而把這種水面溫度的差異轉化成水溫隨深度的變化。所以當全球的溫度減低，反而會見到水溫隨深度改變得更大，再繼而驅使更多物種的出現。
小結
今次分享的研究成果，幫助了我們了解生命在不同時間、地點演化的機制。不過這次主要以有孔蟲為研究的對象，希望未來的研究，也能夠探索相同的機制是否適用於其他生物之上。這個機制，自然也不會是故事的全部：海洋中的珊瑚礁，陸地上的熱帶雨林，都呈現出極高的生物多樣性，但卻沒有太大的溫度差異。這些應該都代表更多的科學故事等待我們在未來探索了！
◆杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
