摘要
纬度多样性梯度(LDG)是现代生态系统跨不同演化支的普遍特征1，2，3.，4．一个多世纪以来，ldg的因果机制一直存在争议，部分原因是许多假定的驱动因素同时随纬度变化1，3.，5．由于生物多样性、纬度和可能的因果因素之间的关系随着时间的推移而变化，过去为解开LDG机制提供了机会6，7，8，9．在这里，我们以高时空分辨率量化了过去4000万年浮游有孔虫中LDG的出现，发现现代风格的梯度仅出现在1500万年前。空间和时间模型表明，浮游有孔虫的LDGs可能受水柱物理结构的控制。在1500万年前，随着低纬度垂直温度梯度的增加，纬度温度梯度的陡化可能增强了生态位划分，并为低纬度物种形成提供了更多机会。为了支持这一假设，我们发现低纬度物种形成率越高，多样性梯度越陡峭，这与浮游有孔虫深度划分的时空模式一致。高纬度物种的灭绝也增强了LDG，但这种影响往往弱于物种形成。我们的研究结果为理解海洋LDGs在长时间尺度上的演化提供了一步变化。
这是订阅内容的预览，通过你所在的机构访问
访问选项
访问《自然》和其他54种《自然》杂志
获取Nature+，我们最超值的在线订阅
每月29.99美元
随时取消
订阅这本杂志
收到51个印刷问题和在线访问
199.00美元一年
每期仅需3.90美元
租或购买这篇文章
只要这篇文章，只要你需要它
39.95美元
价格可能受当地税收的影响，在结账时计算
数据可用性
所有重现我们分析的数据都提供在https://doi.org/10.6084/m9.figshare.21355467．浮游有孔虫的时空分布数据来源于开源数据库Triton32．
代码的可用性
中提供了再现分析的所有代码https://doi.org/10.6084/m9.figshare.21355467．我们的自定义代码依赖于以下R包:HH R包v.3.1-47, spatialreg R包v.1.2-3, geosphere R包，vegan R包v.2.5-7和mapast R包v.0.1。
参考文献
物种多样性地理变异的生态和进化驱动因素。为基础。启生态。另一个星球。系统。46， 369-392(2015)。
关于纬度多样性梯度的一般性。点。Nat。163， 192-211(2004)。
Mittelbach, G. G.等。进化与纬度多样性梯度:物种形成、灭绝与生物地理学。生态。列托人。10， 315-331(2007)。
威利格，考夫曼，D. M. &史蒂文斯，R. D.生物多样性的纬度梯度:模式，过程，规模和综合。为基础。启生态。另一个星球。系统。34， 273-309(2003)。
庞塔布等人。纬度多样性梯度:通过机制生态进化模型的新认识。生态发展趋势。另一个星球。34， 211-223(2019)。
地质时期的分类多样性梯度。潜水员Distrib。7， 175-189(2011)。
Mannion, P. D.， Upchurch, P.， Benson, R. B. J. & Goswami, A.深度时间的纬度生物多样性梯度。生态发展趋势。另一个星球。29， 42-50(2014)。
晚古生代时期腕足类的纬度多样性梯度:气候、生物地理和进化速率之间的联系。水珠。生态。Biogeogr。16， 519-528(2007)。
鲍威尔，M. G.，贝雷斯福德，V. P. &科莱恩，B. A.海洋生物和化石生物多样性峰值的纬度位置。j . Biogeogr。39， 1687-1694(2012)。
海洋纬度梯度的强度、坡度和变异性。3月生态。掠夺。爵士。273， 251-267(2004)。
博格兰，G.， Rombouts, I. & Kirby, R. R.对海洋生物多样性模式的理解。水珠。生态。Biogeogr。22， 440-449(2013)。
Tittensor, d.p.等。跨分类单元海洋生物多样性的全球模式和预测因子。自然466， 1098-1101(2010)。
物种多样性的纬度梯度:概念综述。点。Nat。One hundred.， 33-46(1966)。
索普，E. E.等人。时空气候变化促成了纬度多样性梯度。Nat,生态。另一个星球。3.， 1419-1429(2019)。
史士利，李志刚，李志刚，李志刚。植物分类多样性梯度的生成与维持。科学164， 947-949(1969)。
卢瑟福，S.， D 'Hondt, S. & Prell, W.环境对浮游动物多样性地理分布的控制。自然4000， 749-752(1999)。
动物多样性的环境决定因素。点。Nat。93， 337-342(1959)。
孙志强，李志强，李志强。新生代亚马逊河流域演化的气候强迫:生物分化的避难理论。Amazoniana16， 579-607(2001)。
杨晓明，杨晓明，杨晓明，等。米兰科维奇气候振荡对物种地理分布变化的影响。国家科学院学报美国97， 915 - 9120(2000)。
多布赞斯基，热带的进化。点。科学。38， 209-221(1950)。
威廉姆斯，c.b.。自然平衡中的模式(学术出版社，1964)。
食物网的复杂性和物种多样性。点。Nat。One hundred.， 65-75(1966)。
斯姆斯克，D. W.，米特尔巴赫，G. G.，康奈尔，H. V.，索贝尔，J. M.和罗伊，K.生物相互作用的重要性是否存在纬度梯度?为基础。启生态。另一个星球。系统。40， 245-269(2009)。
动物和植物物种丰富度的能量和大尺度模式。点。Nat。137， 27-49(1991)。
康奈尔，李志强，李志强，等。物种多样性的生态调控。点。Nat。98， 399-414(1964)。
罗森茨威格，m.l.。时空上的物种多样性(剑桥大学出版社，1995年)。
芬顿，i.s.等人。新生代降温对浮游有孔虫组合多样性的影响。菲尔。反式。r . Soc。B371， 20150224(2016)。
安原，等人。热带远洋生物多样性的过去和未来下降。国家科学院学报美国117， 12891-12896(2020)。
Yasuhara, M.， Hunt, G.， Dowsett, H. J.， Robinson, M. M. & Stoll, D. K.过去300万年海洋浮游动物的纬度物种多样性梯度。生态。列托人。15， 1174-1179(2012)。
雅布隆斯基，D.，罗伊，K. &瓦伦丁，J. W.走出热带:纬度多样性梯度的进化动力学。科学314， 102-106(2006)。
安原，M.， Tittensor, D. P.， Hillebrand, H. & Worm, B.结合海洋宏观生态学和古生态学来理解生物多样性:微化石作为模型。医学杂志。牧师。92， 199-215(2017)。
芬顿，i.s.等人。新生界浮游有孔虫发生的新物种级数据库。科学。数据8， 160(2021)。
Yasuhara, M. & Deutsch, C. A.古生物学提供了未来海洋的一瞥。科学375， 25-26(2022)。
安原，等人。时间机器生物学跨时间尺度整合生态学，进化论和海洋学。海洋学33， 16-28(2020)。
韦斯特霍尔德，等。过去6600万年地球气候及其可预测性的天文学记录。科学369， 1383-1387(2020)。
Al-Sabouni, N. Kucera, M. & Schmidt, D. N.垂直生态位分离对浮游有孔虫多样性和大小差异的控制。3月Micropaleontol。63， 75-90(2007)。
罗瑞敏，鲍培瑞，傅建杰，胡培明。浮游生物对环境变化的生态响应:灭绝阈值。为基础。地球行星。科学。48， 403-429(2020)。
李尔，C. H.，埃尔德菲尔德，H. &威尔逊，P. A.从底栖有孔虫方解石中Mg/Ca研究新生代深海温度和全球冰体积。科学287， 269-272(2000)。
韦纳，A.， Aurahs, R.， Kurasawa, A.， Kitazato, H. & kuveera, M.一个世界性海洋浮游原生生物的神秘兄弟物种之间的垂直生态位分配。摩尔。生态。21， 4063-4073(2012)。
施耐德，李志强，李志强，等。新第三纪浮游有孔虫分支的分离与物种形成。古生物学25， 383-395(1999)。
拉贾，N. B. & Kiessling, W.走出温带:新生代海洋浮游生物纬度多样性梯度的演变。Proc,杂志。科学。288， 20210545(2021)。
艾伦，A. P. &吉洛里，J. F.在全球尺度上评估物种形成率和生物多样性的纬度梯度。生态。列托人。9， 947-954(2006)。
艾瑞金，X. Huisman, J. & Harris, R. P.海洋浮游植物和浮游动物的全球生物多样性格局。自然429， 863-886(2004)。
希贝尔，R. & Hemleben, C.;现代海洋中的浮游有孔虫(斯普林格出版社,2017年版)。
最近浮游有孔虫:北大西洋表面沉积物的优势和多样性。科学164， 1164-1167(1969)。
Bé， A. W. H. & Tolderlund, D. S. in海洋底部沉积物微体古生物学(Funnell, b.m.和Riedel, w.k.编)105-149(剑桥大学出版社，1971)。
Sibert, E.， Norris, R.， Cuevas, J. & Graves, L. 8500万年太平洋环流生态系统结构:以间断变化为标志的长期稳定。Proc,杂志。科学。283， 20160189(2016)。
乔杜里，C.，理查德森，a . J.，舍曼，D. S.和科斯特洛，M.全球变暖正在导致赤道附近海洋物种丰富度的更明显下降。国家科学院学报美国118， e2015094118(2021)。
沃姆，B. & Tittensor, D. P。《全球生物多样性理论(普林斯顿大学出版社，2018)。
Boscolo-Galazzo, F.等。温度控制着海洋边缘地带的碳循环和生物进化。科学371， 1148-1152(2021)。
Boscolo-Galazzo, F.等。新近纪晚期现代深海浮游生物的进化。Biogeosciences19， 743-762(2022)。
Aze, T.等。新生代大孔浮游有孔虫的系统发育。医学杂志。牧师。86， 900-927(2011)。
马修斯，K. J.等。晚古生代以来全球板块边界演化与运动学。水珠。星球。改变146， 226-250(2016)。
Gyldenfeldt, a b。李志强，李志强，李志强，等。利用水流计和有孔虫试验估算沉积物陷阱集水面积。深海保护区第二部分47， 1701-1717(2000)。
邱卓，杜格里奥利，a.m.和Carlotti, F.利用拉格朗日模型估计沉积物陷阱颗粒的来源区域。科学。中国地球科学57， 2447-2456(2014)。
西格尔，D. A. & Deuser, W. G.马尾藻海下沉颗粒的轨迹:深海沉积物陷阱上方统计漏斗的建模。深海保护区。第一部分441519-1541(1997)。
Waniek, J.， Koeve, W. & Prien, R. D.下沉颗粒的轨迹和东北大西洋沉积物陷阱上方的集水区。J. Mar. Res。58， 983-1006(2000)。
R核心团队。R:统计计算的语言和环境http://www.R-project.org(R统计计算基础，2019)。
北美哺乳动物的化石记录:古新世进化辐射的证据。系统。医学杂志。48， 107-118(1999)。
北美有蹄类哺乳动物的化石记录和宏观进化史:采样强度和地理的标准化变化。古生物学40， 238-255(2014)。
李志刚，李志刚，李志刚，李志刚。生物多样性的大尺度格局:家族丰富度的空间变异。Proc. R. Soc。Lond。B260， 149-154(1995)。
巴尔德斯，P. J.等。BRIDGE HadCM3系列气候模型:HadCM3@Bristol v1.0。Geosci。模型开发。10， 3715-3743(2017)。
考克斯，p.m.等。新的地表物理对GCM模拟气候和气候敏感性的影响。爬。直流发电机。15， 183-203(1999)。
Sagoo, N.， Valdes, P.， Flecker, R. & Gregoire, L. J.早始新世均匀气候问题:气候模式参数的扰动能否识别可能的解决方案?菲尔。反式。r . Soc。一个371， 20130123(2013)。
柯尔，J. T. & Shields, C. A.古新世-始新世热最大值气候对云性质的敏感性。菲尔。反式。r . Soc。一个371， 20130093(2013)。
考克斯博士原始方程式，海洋三维模型．GFDL海洋集团技术报告第1号(GFDL普林斯顿大学，1984)。
柯林斯，M，泰特，S. F. B. &库珀，C. HadCM3的内部气候变率，哈德利中心耦合模式的一个版本，没有通量调整。爬。直流发电机。17， 61-81(2001)。
法恩斯沃斯等人。地质时间尺度上的气候敏感性受非线性反馈和海洋环流控制。地球物理学。卷。46， 9880-9889(2019)。
瓦尔德斯，P. J.，斯科特，C. R. &朗特，D. J.深海温度随时间的变化。爬。过去的17， 1483-1506(2021)。
法恩斯沃斯等人。过去东亚季风演化受古地理控制，与CO无关2．科学。睡觉。5， eaax1697(2019)。
琼斯，L. A.，曼尼恩，P. D.，法恩斯沃斯，A.，布拉格，F. &朗特，D. J.气候和构造驱动因素塑造了珊瑚礁的热带分布。Commun Nat。13， 3120(2022)。
史科哲，陈志伟，陈志伟。显生宙古数字高程模型(古dem)。Zenodohttps://doi.org/10.5281/zenodo.5460860(2018)。
福斯特，G. L.，罗耶，D. L.和朗特，D. J.未来气候强迫可能在过去4.2亿年没有先例。Commun Nat。8， 14845(2017)。
高夫，d.o.太阳内部结构和光度变化。索尔,物理。74， 21-34(1981)。
法恩斯沃斯等人。古气候模式导出的热递减率:提高古高度计研究的精度。地球的星球。科学。列托人。564， 116903(2021)。
Bahcall, J. N.， Pinsonneault, M. H. & Basu, S.太阳模型:当前的历元和时间依赖，中微子和日震特性。12,54。J。555， 990-1012(2001)。
霍金斯，E.和萨顿，R.缩小区域气候预测不确定性的潜力。公牛。点。Meteorol。Soc。90， 1095-1108(2009)。
克劳斯，E. B. &特纳，J. S.季节性温跃层的一维模型2。一般理论及其结果。忒勒斯19， 98-105(1967)。
福尔曼，s.j.。海洋模式报告．统一模型文档论文第40号(英国气象局，2005年)。
HH:统计分析和数据显示:海伯格和荷兰。R包3.1-47版(2022年)。
Zuur, A. F.， Ieno, E. N. & Elphick, C. S.一种用于数据探索以避免常见统计问题的协议。生态方法。另一个星球。1， 3-14(2010)。
毕文德，米洛，G. &皮拉斯，G.空间计量经济学软件综述R。数学9， 1276(2021)。
Benjamini, Y. & Hochberg, Y.控制错误发现率:多重测试的一种实用而强大的方法。J. R.统计社57， 289-300(1995)。
Cooper, N. & Purvis, A.哺乳动物体型进化:节奏和模式的复杂性。点。Nat。175， 727-738(2010)。
地圈:球面三角学。R包版本1.5-14(2021年)。
奥克萨宁等人素食:社区生态包。R包版本2.5-7(2020年)。
Wade, b.s.， Pearson, P. N.， Berggren, W. A. & Pälike, H.新生代热带浮游有孔虫生物地层学的回顾和修订以及地磁极性和天文时间尺度的校准。地球科学。牧师。104， 111-142(2011)。
确认
我们感谢伍德豪斯、安泰尔、赫尔、约翰逊、鲍曼和凯斯林的讨论。我们非常感谢Triton和Neptune数据库的贡献者，Triton大量使用这些数据库。E.E.S.由Leverhulme信托基金资助RPG-201170, Leverhulme奖和自然环境研究委员会资助NE/V011405/1支持。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
E.E.S.对这项研究进行了概念化。E.E.S.和I.S.F.设计了这个方法。issf, E.E.S, A.F.和P.V.进行了调查。t。a。i。s。f。e。e。s。进行了可视化。E.E.S.获得了资金。E.E.S.负责项目管理。E.E.S.监督了这项研究。E.E.S.写了原稿。e.e.s.， i.s.f.， t.a.， A.F.和P.V.审阅并编辑了手稿。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢Moriaki Yasuhara和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
权利和权限
根据与作者或其他权利持有人签订的出版协议，自然或其许可方(例如，社会或其他合作伙伴)对本文拥有排他性权利;作者对这篇文章接受的手稿版本的自我存档仅受此类出版协议的条款和适用法律的约束。
关于本文
引用本文
芬顿，i.s.， Aze, T.，法恩斯沃斯，A。et al。现代多样性梯度的起源是1500万年前。自然614， 708-712(2023)。https://doi.org/10.1038/s41586-023-05712-6
收到了：
接受：
发表：
发行日期：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05712-6
这篇文章被引用
热带生物多样性与极地气候有关
自然(2023)
