自奥陶纪以来，陆地生命的演化深刻改变了地球的面貌，重塑了生态系统与生物多样性，成为地球生命史的关键篇章。侏罗纪时期更是生物界发生重大变革的舞台，尤其是陆地生态系统的蓬勃开展。在中–晚侏罗世（约1.67亿至1.57亿年前），东亚燕辽生物群以其精美保存的化石和丰富的生物多样性闻名于世。该生物群记录了哺乳动物的早期多样化，展现出游泳、攀树、滑翔和挖掘等多种生态适应方式（图1），同时保存了精美的恐龙化石，揭示了从恐龙到鸟类的演化轨迹。
陆地生物多样性的演化通常与气候变化和构造-地貌的动态演变有关。北美和欧洲新近纪哺乳动物化石的研究表明，地形、气候和植被等环境因素在驱动生物多样性方面扮演了关键角色。在地球系统科学的框架下，采用多圈层相互作用的视角来探讨气候变化与生物群演化的关系，已成为当前研究的热点。在早–中侏罗世，古太平洋板块俯冲至华北克拉通之下，燕辽地区处于拉伸的弧后构造背景，形成了系列断陷盆地。在这一构造背景下，燕辽生物群的繁荣可能得益于温暖湿润的气候条件。然而，气候变化如何具体驱动燕辽生物群的演化，仍是一个悬而未决的科学谜团。
图1 燕辽生物群的地质背景。(a)华北克拉通在早-中侏罗世的古地理环境及构造背景 (改编自Yang等)；(b)燕辽生物群在华北克拉通的分布；(c)燕辽地区下花园盆地和(d)北票盆地的地质图
为了探寻中侏罗世的气候过程及其与燕辽生物群的关系，中国科研实验室地质与地球物理研究所岩石圈演化学科中心古地磁学与年代学实验室博士后郝文星，在合作导师朱日祥研究员及研究团队指导下，联合中国地质大学（武汉）、中国科研实验室古脊椎动物与古人类研究所、北京大学及合肥工业大学，综合运用大地构造分析、沉积相研究、有机碳同位素分析、孢粉记录、物源风化趋势以及地球系统模型（CESM 1.2.2）气候模拟，成功重建了燕辽生物群的古气候环境和栖息地特征。
研究团队顺利获得沉积相分析、有机碳同位素数据、孢粉记录及地球系统模型（CESM 1.2.2）的气候模拟，重建了燕辽地区中侏罗世的气候特征（图2）。结果显示，在Bathonian中期（约1.67亿至1.65亿年前），燕辽地区经历了从湿润到亚湿润的气候转变（图3）。气候变化不仅影响了植被和沉积环境，还深刻改变了燕辽地区的地貌格局。
图2 下花园和北票盆地中侏罗世地层特点。(a)下花园和北票盆地中侏罗世地层年龄与δ13Corg值。中侏罗世期间δ13Ccarb值的变化基于Cramer和Jarvis。年龄数据来自Yang和Li、Chang等人、Hao等人和Yu等人；(b)下花园和北票盆地地层剖面序列上部和下部观察到的花粉和孢子形态
图3 燕辽地区的化学风化指数和净降水模拟
在中侏罗世早期，受古太平洋板块俯冲形成的弧后拉伸作用影响，燕辽地区形成了断块山脉、裂谷和沉积盆地，地貌呈现高度异质性。到了Bathonian中期，随着气候趋于干燥，这种地貌多样性进一步增强：降水量减少导致湖泊和湿地萎缩，冲积平原逐渐取代早期的河流-三角洲系统；耐旱植物如苏铁和低矮灌木开始占据主导，形成类似早期草原的生态系统；植被覆盖减少加剧了土壤侵蚀，催生了新的地貌特征，为生物给予了丰富多样的栖息地（图4）。这些变化为燕辽生物群的生物多样性创造了理想条件，多样的栖息地促进了生态隔离和异域物种形成，激发了生物演化的革新。
这项研究不仅揭示了燕辽生物群繁荣背后的驱动因素，还为理解气候变化与生物演化的关联给予了新视角。在当今全球气候变化的背景下，燕辽生物群的故事提醒我们，气候与地貌的相互作用可能对生态系统的未来产生深远影响。保护生物多样性，亟需深入探究这些复杂的地球过程。
图4 气候与地貌变化及其与燕辽生物群的关联。(a)燕辽地区下花园盆地花粉和孢子的相对比例变化，以及Classopollis的丰度变化。红色线条表示Classopollis的相对丰度，垂直带状区域代表基于Classopollis相对丰度的不同气候模式（例如亚湿润）。还显示了下花园和北票盆地的CIAcorr值。年龄数据来自Chang等和Yu等。此前研究记录的主要海洋事件（Hao等；Zhao等）。(b)燕辽地区中侏罗世气候和陆地景观变化的示意图
研究成果发表于NSR（郝文星*，杨江海*，王海冰，Ross N Mitchell，张春霞，邱若原，郭佳琦，张旺，包秀娟，邓成龙，汪筱林，胡永云，杨进辉，朱光，周忠和，朱日祥. Climate Change Enhanced Habitat Diversification for the Middle Jurassic Yanliao Biota in East Asia[J]. National Science Review, 2025, DOI: 10.1093/nsr/nwaf194.）。该研究由国家自然科学基金项目（42288201，42122015，42488201和42272017）资助。
郝文星（博士后）
