近日，中国科学院海洋研究所甲壳动物和棘皮动物系统分类与进化研究组在深度梯度如何塑造全球海洋底栖生物多样性方面取得重要进展。研究团队通过整合全球海胆分布记录、环境数据与物种分布模型，系统揭示了海胆在浅水与深水环境中多样性分布格局、生物地理分区及其环境驱动机制的深度依赖性转变。这一发现为理解深度介导的海洋底栖生物多样性形成与演化提供了新视角，并为气候变化下的海洋保护区规划提供了重要科学依据。相关研究结果发表于Nature旗下地学领域Top期刊Communications Earth & Environment上。

海洋生物如何沿水深梯度形成全球分布格局，是海洋生物地理学长期关注的重要科学问题。纬度多样性梯度（Latitudinal Diversity Gradient, LDG）是解释全球生物多样性分布的核心框架。然而，海洋生物地理学大多聚焦于LDG的水平变化，对“从浅海到深海”这一垂直梯度上的格局转换与机制异同，仍缺乏系统性检验。与此同时，深海物种分布数据的严重匮乏，使得传统统计方法难以在深海区域获得可靠结论。针对这一研究瓶颈，研究团队以海胆纲（Echinoidea）为模式类群。作为全球性分布、跨越全部深度带、演化历史复杂且生活史策略多样的底栖类群，海胆为开展深、浅海多样性格局比较研究提供了理想对象。研究团队构建了涵盖全球895种海胆、近25万条分布记录的数据库，首次系统比较了浅水（0~200米）与深水（200~2000米）海胆的多样性格局、生物地理区划及其驱动因素。同时，研究引入小模型集成（Ensembles of Small Models, ESMs）方法，在深海记录稀缺的情况下提升了潜在分布预测的可靠性。

结果显示，海胆浅海与深海群落均呈现传统的“双峰型”纬度分布格局，物种丰富度峰值集中于南北半球亚热带海区。然而，驱动该格局的环境机制随深度发生显著转变：浅水群落以温度为主导环境因子，多样性在24°C附近达到峰值，超过阈值后急剧衰减，呈现典型的温度限制型模式；而深水群落则由温度、盐度和溶氧等多因子共同调控。研究进一步发现深海多样性与水深呈显著的线性负相关，这限制了多样性热点在气候变暖背景下向更深海域迁移的可能性。

图1 全球海胆多样性分布格局（总体vs. 浅水 vs. 深水）

研究进一步将深度纳入全球海洋生物地理分析框架。基于 Jaccard 相异性指数的层级聚类结果显示，浅海海胆形成两大超区、8个生物区，两大超区分别与印度－太平洋和美洲大陆板块相对应；而深水海胆区系则更加碎片化，共划分为三大超区、12个生物区，其分布呈现“宽纬度、窄经度”的特征。值得注意的是，在北大西洋，浅水海胆区系归属于印度－太平洋超区，而深水海胆区系则与美洲超区密切关联。研究进一步结合系统发育与化石证据指出，这一格局可能源于海胆在白垩纪至晚中新世期间反复“浅海—深海—浅海”跨深度殖化的复杂演化历史，是板块构造、性状创新与灭绝事件共同塑造的结果。

图2 浅水与深水海胆生物地理分区对比

本研究从全球尺度揭示了深度介导的海洋底栖物种多样性特征、区系结构及驱动机制转变，强调了深海驱动过程在全球海洋生物多样性评估与保护中的重要性，为优化跨深度海洋保护区布局提供了新的科学依据。同时，研究建议未来海洋保护区规划应纳入潜在物种多样性评估，而非仅依赖已知分布记录，以提升气候变化背景下海洋生物多样性的保护效能。

论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生何霖与程娇副研究员，通讯作者为沙忠利研究员。本研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金创新研究群体项目及联合基金项目联合资助。

论文信息：

He, L., Cheng, J., Xiao, N., Hui M., Sha Z.L*. Global sea urchin diversity patterns reveal shifts between shallow-water and deep-water benthic assemblages. Communications Earth & Environment (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03579-9