每隔一段时间，地球上的生命就会踏上一个几乎空无一人的运动场，并面临一个绝佳的机会。大气、海洋或生物本身发生了重大变化，现有的物种开始分支到一个全新的世界。科学家们对这一过程着迷，因为它是在生命史上的关键时刻对进化的独特观察。

由芝加哥大学科学家领导的一项新研究调查了双壳类 - 包括蛤蜊，贻贝，扇贝和牡蛎的群体 - 在被称为寒武纪大爆发的快速进化时期如何进化。研究小组发现，尽管许多其他谱系突然行动并迅速进化出各种各样的形式和功能，但双壳类落后了，可能是因为它们花了太长时间才能进化出它们蓬勃发展所需的特定适应性。

科学家们说，这项研究对我们如何理解进化和灭绝的影响有影响。

贝壳和高水位

500亿多年前，地球上生命的多样性突然爆发。被称为寒武纪大爆发，这一戏剧性的事件见证了今天仍然存在的许多生命形式的出现。

其中包括双壳类 - 生活在海底的硬双壳生物。一组研究人员决定对双壳类的崛起进行编目，看看它们在几乎空旷的海洋中如何采用全新的身体设计。

研究小组，包括史密森尼国家自然历史博物馆的Stewart Edie(博士'18)，英国自然历史博物馆的Katie Collins和芝加哥大学四年级本科生Sharon Zhou，通过化石记录并煞费苦心地检查了每种已知的化石物种，以了解双壳类如何进化出新的形式和生活方式 - 例如钻入海底沉积物而不是附着在岩石上。“例如，你可以观察贝壳的形状，并判断它们是否可能正在挖掘海底沉积物，因为它们变得又长又薄，适合挖洞，”周解释说。

他们拼凑出一幅双壳类进化的全面图景，并感到惊讶。

“你可能会认为他们会立即利用这种新的身体设计，并继续成名和生物财富，”芝加哥大学地球物理科学杰出服务教授，该论文的共同通讯作者David Jablonski说。“可是他们没有。”

相反，与当时起源的其他类群相比，双壳类的分支缓慢。“他们完全通过了，这真是太神奇了，”Jablonski说。“即使在他们一起行动并开始多样化大约40万年后，他们从未表现出物种或生态的真正爆炸。

他们想要检查的一件事是，这是否可能是化石记录中的某些空白造成的错误印象。柯林斯解释说，那个时代的化石一开始就很难找到——许多岩石已经变质成其他岩石类型——也很难确定它们存在于何处。

然而，Edie和Zhou进行了一系列测试和计算机模拟，发现这不太可能影响结果：“我们需要一个非常极端的模拟来改变我们在岩石中看到的模式，”Edie说。更有可能的是，这种缓慢的开始是真实的故事。

目前尚不清楚为什么双壳类落后，但一种可能性是它们还没有进化出一个让它们起飞的关键器官：一个扩大的鳃，用于过滤水中的浮游生物，就像今天的许多双壳类一样。当他们想出这个适应方案时，海底更加拥挤。“如果你早点出现在舞池，你可以做任何你想做的事情，但如果你迟到，它会限制动作的范围，”雅布隆斯基说。

但双壳类动物确实存活下来，甚至在今天茁壮成长，尽管它们滞后。“它告诉我们，成功的道路不止一条，即使你从多细胞生命的一开始就开始了，”Jablonski说。

科学家们对这些进化论的描述特别感兴趣，因为它们可以提出生命在重大破坏或灭绝之后如何适应和辐射。研究人员计划研究双壳类对灭绝的反应，看看是否会出现类似的模式。

“出于各种原因，我们想了解灭绝后重新繁殖意味着什么 - 例如，我们现在正在经历的重大灭绝会发生什么，”Jablonski说。

这项研究对芝加哥大学本科生周来说也是一次学习经历。

周打算主修数学，但在她参加了一门满足芝加哥大学科学核心要求的课程后，她迷上了进化生物学。她在Jablonski的实验室工作了几年，现在计划进入该学科的研究生院。

“地球上的生命是如何发生的——对我来说，这是我们能试图解决的最大谜团之一，”周说。

芝加哥大学博士后研究员尼古拉斯·克劳奇(Nicholas Crouch)也是该论文的合著者。