蒸汽机车的灭绝破坏了关于生物进化的假设

当金克斯乐队 (Kinks) 的雷·戴维斯 (Ray Davies) 创作了《最后的蒸汽火车》(Last of the Steam-Powered Trains) 曲时，消失的机车成为了一种简单的英国生活的怀旧象征。但对于堪萨斯大学的古生物学家来说，用柴油和电动发动机以及汽车和卡车取代蒸汽动力火车可能是化石记录中某些物种如何灭绝的模型。

KU 生物多样性研究所和自然历史博物馆生态学与进化生物学教授兼无脊椎动物古生物学高级馆长 Bruce Lieberman 试图利用蒸汽机历史来检验“竞争排斥”的优点，这是古生物学中长期存在的一个想法物种可以通过竞争驱使其他物种灭绝。

Lieberman 与前 KU 博士后研究员、现在中国西安西北大学的 Luke Strotz 合作，发现化石记录在很大程度上缺乏验证蒸汽机历史上发现的竞争排斥的详细数据：“真的很难看到任何证据竞争确实在进化中发挥了重要作用，”利伯曼说。

他们的发现刚刚发表在同行评审期刊《皇家学会开放科学》的论文“终点：竞争排斥和历史实体的灭绝”中。

“科学界一直存在一种偏见，认为竞争是推动进化并在灭绝中发挥最大作用的基本力量，”利伯曼说。“这个想法来自许多不同的研究领域，包括化石记录。但作为古生物学家，我们必须更深入地研究数据并进行分析。”

理想的蒸汽火车“化石记录”是什么样的?研究人员在 Locobase 中发现了有关蒸汽机的大量数据，包括它们的熄火情况，这是一个蒸汽机车数据库，由史蒂夫·兰索 (Steve Llanso) 编制和管理，可通过韦斯·巴里斯 (Wes Barris) 运营的网站 steamlocomotive.com 访问。

“我一直对蒸汽机着迷，因为它们在技术上相当于恐龙，”利伯曼说。“他们是巨大的。我们推断恐龙发出了很多噪音。我们知道蒸汽机车会发出很大的噪音，但它们已经不在我们身边了。”

Lieberman 和 Strotz 发现火车数据库是古生物学家得出结论某些物种因竞争排斥或与其他物种的直接竞争而灭绝所必需的证据类型的一个例子。

“我们一直在考虑尝试从技术中找到一种模型，让我们可以说，‘啊哈!在这里，我们有充分的证据表明竞争发挥了关键作用，”利伯曼说。“我们会知道某些新技术何时出现，例如机动车和内燃机车的大规模生产。也许这是我们看到由于竞争而发生的情况。然后，让我们看看化石记录，并尝试使用这项技术作为我们需要了解的例子，事实上，如果我们要证明竞争在灭绝中发挥了作用。”

KU 研究人员的相关火车历史始于蒸汽机火车面临来自执行相同任务的新兴技术的竞争之前。 他们关注的是蒸汽机与将取代它们的新型发动机相比产生了多少 牵引力。

“你开始看到蒸汽机车面临这些新的竞争挑战——首先是 1880 年代发动机的电气化，然后是汽车的发展，”利伯曼说。“铁路使用蒸汽机车拉东西已经不再有效了。然后他们开始变得更加专业化，只能在一个或几个领域茁壮成长，拉动重物，也许移动更远的距离。”

观察蒸汽机车的逐步淘汰，研究人员发现了“对直接竞争对手的首次出现的直接、定向反应，随后的竞争对手进一步减少了蒸汽机车已实现的利基市场，直到灭绝是不可避免的结果。”

但该研究表明，只有在特定情况下，灭绝才能直接与物种之间的竞争联系起来，“当现有物种与其竞争对手之间的生态位重叠几乎是绝对的，并且现有物种无法过渡到新的适应区时。”

这在自然界中如何运作?利伯曼举了三个例子，古生物学家认为物种之间的直接竞争导致了一些竞争者的灭绝。在某些情况下，竞争排斥在起作用的想法已被揭穿;在其他例子中，与有关蒸汽机消亡的详尽数据相比，竞争排斥的证据远远不足。

“一个典型的例子涉及哺乳动物和不会飞的恐龙，传统观点是，‘嘿，哺乳动物更聪明、更快，它们让这些恐龙灭绝了，’”他说。“现在我们知道是一块从天而降的巨石造成了这种巨大的环境破坏，而更大的东西更容易受到这种影响。第二个著名的例子涉及三叶虫和甲壳类动物，最后一个例子是蛤蜊和腕足动物。”

KU 研究人员表示，蒸汽机车的数据可能会让人怀疑物种的适应性是进化成功的标志这一概念。相反，该研究进一步证明物种适应新角色和环境是出于绝望。

“在蒸汽机车技术没有竞争对手的时代，我们看到它们几乎多样化并扩散到没有特定的方向，”利伯曼说。“但是当这些新机车出现时，我们看到了一个深刻的转变，即蒸汽机车真正积极的自然选择和适应。通常，人们认为适应对一个群体来说是一个好兆头。但我们要争论的是，事实上，当事情开始适应并朝着方向转变时——传统上在进化中，这对一个群体来说不是一个好时机。我们认为这是一个迹象，表明该组织可能正在经历来自其他事物的胁迫或压力。”

利伯曼说，通过更好地了解竞争排斥的原因、条件和频率，随着人类驱动的气候变化改变和减少世界物种的栖息地，有可能预测未来几年哪些物种面临灭绝的风险。

“我们不仅要回顾过去，还要能够预测竞争，”利伯曼说。“我们能否看看今天还活着的特定群体，我们可以预测未来并说，'嘿，这件事已经显示出它已经处于这个危险区域的迹象。' 我们可以预测它是否会灭绝。”

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