原文来源：Tyler C L, Kowalewski M, 2025. Fossil samples archive functional diversity in marine ecosystems: An empirical test from a present-day coastal environment. PNAS, 122, e2405727122.
https://doi.org/10.1073/pnas.2405727122 (2025).
基于化石记录的功能多样性是研究生态系统演化、生物灭绝复苏及生物多样性长期趋势的核心工具，尤其是第四纪晚期化石记录能为现代生态系统功能变异性提供历史参照和保护与恢复思路。但化石记录的功能多样性信息的可靠性长期受到质疑，制约了古生物学数据在跨时间尺度生态评估中的应用。
本研究选取美国北卡罗莱纳州51个海岸站点为研究区，对比现生底栖生物群（现生组合）、同域骨骼堆积物（死亡组合）与预测化石记录（化石组合）的功能特征。结果显示，三类群落的功能保真度极高：定量功能多样性指数（功能丰富度、冗余度等）高度一致，多维功能空间重叠显著，物种在功能群中的分布相关系数ρ>0.85（P≪0.001）；以≤2个物种为阈值计算的脆弱度，也能合理匹配现生群落数据。尽管存在差异性保存与时间平均效应，基于化石记录的功能多样性估算仍可有效评估生态演化过程，既涵盖群落对人类影响的短期响应，也包括海洋生态系统的长期宏观演化动态。该研究为古生物学数据应用于现代生态研究提供了理论支撑。
研究背景
传统的生态系统健康度评估依赖物种数量，但功能多样性（群落中功能群的数量与类型）对生态系统动态、稳定性及生产力的影响更直接，是预测生态变化、衡量人类干扰的更优指标。然而，人类缺乏应对极端生态变化的经验，化石记录作为深时生态系统变化的“天然档案”，成为填补这一空白的核心途径。近年来，功能多样性在古生物学领域的应用逐步拓展，可支撑“红皇后假说”、“中生代海洋革命”等宏观演化假说检验，还能识别群落组织机制、解析物种数量与功能多样性的关系。第四纪晚期（≤200万年）的化石记录与现代生态保护关联尤为紧密，它们既能还原人类干扰前的原始生态系统，也可追踪生态系统营养结构与功能多样性的历史变化。
但当前研究存在明显局限：关于功能多样性保真度的研究非常稀缺，相关研究多聚焦于软体动物或理论建模，缺乏涵盖多门类物种的定量评估；埋藏学偏差、时间平均效应是否改变了真实的功能多样性信息，尚未通过实证证明。为此，本研究选择美国Onslow Bay（生态系统未显著受人类干扰、生境类型具全球代表性）为研究区，通过多门类物种对比，系统验证化石记录的功能多样性保真能力。
科学内涵
本研究的核心科学价值在于首次通过多分类群、多空间尺度实证，揭示了化石记录对海洋底栖生态系统功能多样性的高保真保存机制，突破了传统古生态学研究的关键瓶颈。
图1 （A）现生组合（LA）、（B死亡组合（DA）和（C）化石组合（FA）的功能保真度及生态功能群中的物种数量。生态功能群依据摄食类型、运动类型和栖息类型进行划分。现生组合中观察到的几乎所有功能实体在死亡组合和化石组合中也存在，表明化石记录具有高保真度。功能实体间的丰富度分布也保存良好，现生组合中有多个物种代表的功能实体，在死亡组合和化石组合中也有类似的代表情况。
从方法论看，研究创新性采用“三重对比框架（图1）”：以现生组合（LA）为基准，同步对比死亡组合（DA，海底骨骼堆积）与化石组合（FA，有明确化石记录的物种），并引入生物特征分析（BTA）与功能实体分类（基于摄食类型、活动类型、栖息类型等关键特征），量化功能冗余度、功能脆弱度、功能过度冗余度等核心指标。这种设计规避了单一分类群研究的局限性，涵盖腹足类、双壳类、环节动物等 6 大门类，包括近岸、远海、后障壁三大生境，结果具有广泛代表性。
从科学发现看，研究明确了两个关键结论：一是化石记录能高度保留功能群空间完整性，物种分布、丰度格局与现生群高度一致；二是功能多样性指标对埋藏学偏差具“稳健性”，三类群落的功能丰富度、离散度等多元指标差异均< 0.08，证明化石记录的功能信号未被显著扭曲（图2）。这些发现为古生物学数据的生态应用提供了定量支撑。
图2 三种组合的物种在多维功能空间中的分布。基于完整数据集（A-C）以及三种生境类型（近海（D-F）、近岸（G-I）和后障壁（J-L））的主坐标分析（PCoA），展现了三种组合间功能丰富度的差异。第一列展示现生组合（LA），第二列展示死亡组合（DA），第三列展示化石组合（FA）。物种（点）的相对位置反映了它们在特征组成上的整体相似性。标记各组合所占据功能空间的分布范围用黑色线条表示，现生组合的功能空间在死亡组合和化石组合中为灰色填充。不同颜色的点代表不同门类的物种。现生组合占据整个功能空间，死亡组合和化石组合仅略有收缩，并且无论是在哪一种生境，各门类在所有三个组合中都占据相似的功能空间。
启示1：为古生态学研究提供方法校准。本研究为化石记录的功能多样性分析建立了可操作的技术标准，解决了长期以来困扰古生态学家的“方法可靠性”问题。此前相关研究多因担心埋藏学偏差，回避使用多分类群功能分析或丰度加权方法，而本研究明确：在温带浅水底栖无脊椎动物群落中，基于存在/缺失数据的功能实体分析、BTA 多元方法均具有高可靠性；若需评估功能脆弱度，采用“≤2个物种”的阈值比“单物种”阈值更贴合真实生态格局。同时，研究揭示了化石记录功能信号的“保存规律”：骨骼坚固类群（如滤食性双壳类）虽优先保存，但未改变整体功能结构；古生物学数据库的物种遗漏可能高估埋藏学影响，未来研究可通过结合死亡组合数据优化化石组合预测。这些发现为不同地质时期、不同生境的化石功能分析提供了“校准模板”，推动古生态学从“定性描述”向“定量评估”升级。
启示2：搭建古生物学与现代生态保护的桥梁。在全球变化背景下，本研究为现代海洋生态保护提供了关键历史参照。当前的生态保护工作多依赖短期观测数据（数十年），难以区分自然波动与人类导致的功能丧失，而本研究证实，化石记录可还原数千年尺度的生态系统功能基线，为“生态恢复目标设定”提供科学依据。研究发现生物群落的功能多样性对水深、离岸距离的敏感性低于分类多样性，这说明在海洋保护区规划中，可通过化石记录的功能多样性数据识别“功能稳定区”，提升海洋生态保护效率。
——解读人：黄鑫月、黄元耕
——责任编辑：黄元耕
