動物百態, 謠破迷思

顛覆 Cope 法則：三葉蟲體型演化表明「氧氣才是關鍵」

2025-05-07 /

中國科學院南京地質古生物研究所趙方臣與朱茂炎團隊近日發表於《Science Advances》的研究指出，早期古生代三葉蟲的體型變化與海洋氧氣濃度高度相關，並非如 Cope 法則所主張的「越演化越大」。研究統計了寒武紀與奧陶紀 1,091 個三葉蟲屬的體型資料，覆蓋九成以上已知科別，結果發現其體型變化可分為六個階段，並與 Sinsk、SPICE 與 HOAE 等缺氧事件密切同步。

這些三葉蟲的體長從 2 公釐的小型種到超過 70 公分的巨型種都有，透過跨時代、跨地理區域的分析，研究團隊發現三葉蟲體型變化呈現「無明確方向性」，與 Cope 法則預期的「體型逐漸變大」相違。相反地，體型縮小大多出現在全球缺氧事件期間，例如寒武紀第 4 時期與 Guzhangian 階段；而當海洋再度富氧，例如晚 Tremadocian 之後，三葉蟲體型則快速恢復並穩定約 3,000 萬年。

圖片展示了三葉蟲在寒武紀與奧陶紀期間於不同古大陸（如勞倫大陸、東岡瓦納、西岡瓦納、波羅的與阿瓦隆尼亞）的體型變化趨勢。圖 A 顯示古大陸位置；圖 B–E 則以每個地區的三葉蟲體型（以對數表示）為縱軸、地質年代為橫軸，標出三個顯著的體型變動事件（❶～❸）。研究發現，這些體型變化與全球缺氧事件如 Sinsk 與 SPICE 高度同步，支持氧氣為主導因子的假說。（圖／《Science Advances》）

此外，研究也指出溫度變化與三葉蟲體型關聯較弱，暗示「氧氣」才是更具主導性的演化壓力。由於較大的動物需要更多氧氣支持代謝，因此在缺氧環境中自然傾向演化出較小體型。

大動物需更多氧氣支持代謝，因此缺氧環境較易演化出較小體型

圖展示三葉蟲在寒武紀至奧陶紀期間的體型變化（A），並與海洋氧氣變化（B）與海水溫度（C）進行對比。圖中可見，三葉蟲平均體型在六個階段間顯著波動，並與缺氧事件（如 Sinsk、SPICE、HOAE）高度同步（紫色區塊）。相較之下，溫度變化（C）與體型的相關性明顯較弱。這支持了「氧氣才是控制三葉蟲體型演化的關鍵因子」的假說，也挑戰了傳統認為動物會越演化越大的 Cope 法則。（圖／《Science Advances》）

本研究不僅為古生代海洋無脊椎動物體型演化提供新解，也強化了氧氣濃度為驅動早期動物演化的重要假說，對理解古生代生命多樣化與環境互動具有重大意義。

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首圖來源：Edyta Felcyn-Kowalska. (CC BY 4.0)

圖片來源：Science Advances (CC BY 4.0)

參考論文：
1、Exploring the diversity and disparity of rhabdodontomorph ornithopods from the Late Cretaceous European archipelagoScience Advances

延伸閱讀：
1、摩洛哥發現保存極佳的寒武紀「三葉蟲」化石