2.5亿年前 96%的物种突然消失!中国学者有了重大发现

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  灭绝是生命的一部分,动植物无时无刻不在消失,我们星球上曾经存在的所有生物中,大约 99%都已经灭绝。

  地球正常的灭绝率通常被认为是每100年里10000个物种中就有0.1到1个物种灭绝,这个被称为背景灭绝率。

  大规模灭绝事件是指物种的消失速度远快于背景灭绝率,通常指的是不到280万年里,就大约有75%的物种消失。

  

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  在过去的5亿年里,符合这个“标准”的只有5次,这五次就是大家非常熟悉的地球五次物种大灭绝。

  不过,真正称得上是“大灭绝”的其实只有一次,那就是2.52亿年前的二叠纪-三叠纪灭绝事件,也就是五次中的第三次。

  在大约6万年的时间里,57%的生物科、83%的属、96%的物种消失,就连生命力顽强的昆虫都大量灭绝——这是已知唯一一次昆虫大量消失的灭绝事件。

  

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  第三次大灭绝留下一个持续1000万年的煤炭缺口 Dippiljemmy

  在这次大灭绝中,海洋和陆地都遭受重创,陆地的森林被摧毁,直到大约1000万年后才重新恢复生机,而海洋生态系统大约用了4-8百万年才得以恢复。

  关于这次大灭绝事件的原因一直存在争议,中外学者已经几乎把所有能导致物种灭绝的原因都扣在了这次大灭绝事件上。

  包括小行星撞击,地球板块运动,微生物爆发,火山活动……等等,都被认为是这次大灭绝的潜在原因。

  

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  不过,不过关于这些重大的环境变化到底是如何影响陆地生态系统的也存在许多争议,同时也缺乏直接证据。

  1月7日,由中外学者共同发表在《科学进展》上的一项研究公布一个重大发现——2.52亿年前地球的臭氧层确实被破坏了,最终引发多米诺骨牌效应,导致陆地大灭绝的发生。

  关于远古花粉的研究

  这项研究由中国、英国、德国古生物学者发起,研究人员测量了中国西藏南部地区二叠纪和三叠纪过渡时期(也就是第三次大灭绝时期)1000多粒远古花粉粒化石的化学物质。

  通过红外光谱分析发现,这些花粉粒外壁中的香豆酸和阿魏酸含量显著增加,这两种物质是植物应对紫外线的一种适应性特征,功能有点类似我们体内的黑色素。

  

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  花粉粒化石,图源:中科院

  当地表接收的紫外线水平增加的时候,为了防止自己被晒伤,植物中的香豆酸和阿魏酸含量就会增加。

  换句话说,在二叠纪和三叠纪过渡时期,到达地表的紫外线水平是显著增加的。

  这种变化看似只是简单地增加了黑色素或者增加了香豆酸、阿魏酸等其它“防晒霜”物质而已,但实际上情况会变得非常复杂,它会引发多米诺骨牌效应。

  首先,紫外线水平的增加本身就会杀死一部分无法适应的生物——特别是动物,这些生物会最早灭绝。

  

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  其次,即便是可以通过生产“防晒霜”来适应新环境的一些植物,也会成为灭绝的“帮凶”。

  当香豆酸和阿魏酸的水平增加的时候,其实也意味着植物会大量合成叶黄素,而不是能够光合作用的叶绿素。

  这种变化的直接后果有两个:

  一个是大气氧气水平会下降——这点基本算是二叠纪-三叠纪灭绝事件时期公认发生的事实,它被记录在许多地区的岩石层中。

  另外一个则是影响食物链,叶黄素、香豆酸和阿魏酸对食草动物而言都没啥营养价值,包括昆虫在内的所有食草动物都很难消化这些物质。

  

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  这两个后果都会引发多米诺骨牌效应,间接导致更多的陆地生物灭绝。

  我们知道,地表紫外线水平很大一部分原因取决于地球上空15-30公里处的臭氧层,这里拥有高水平的臭氧(O3),而臭氧会吸收波长200nm-300nm的紫外线。

  所以,这项研究的直接指向就是在大灭绝时期,地球的臭氧层被破坏了,但到底是什么导致了当时的臭氧层被破坏呢?

  这项研究并没有给出解释,领导此项研究的中科院南古所研究员刘锋在接受新华社采访时也没有提到这方面相关信息。

  不过,这次大灭绝事件的大部分模型中都有提到当时臭氧层可能被破坏了,所以研究人员已经提出过许多解释或者假设。

  

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  为什么臭氧层被破坏?

  不知道有没有思考过,为什么地球生命会千辛万苦地发展到陆地?

  其实答案很简单,因为生命的本质就是不停地扩张,但是给地球生命创造发展到陆地的机会,那正是臭氧层的形成。

  保护地球免受致命紫外线辐射(正是波长在200nm-300nm的紫外线)所需的臭氧量在大约6 亿年前才形成,在此之前地球的生命仅限于海洋。

  臭氧层的形成是因为地球生命光合作用的出现,这些生命不停吸收二氧化碳并制造氧气,让地球氧气水平显著增加。

  

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  氧分子(O2)在吸收了UV-C(波长在200nm-280nm的紫外光部分)后会被分解成两个氧原子(O),而当个氧原子进而会和氧分子结合形成臭氧(O3)。

  但是,波长在280nm-315nm的紫外线部分(UV-B)会被臭氧吸收,并将臭氧分解成氧分子和单个氧原子。

  在地球上空15-30公里之间,紫外线分解氧分子和臭氧,与氧分子结合单个氧原子形成臭氧的效率相当,达到了平衡。

  

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  从臭氧层的形成中就不难发现,臭氧层中的臭氧是在不停地产生和破坏的,这就意味着它肯定非常不会稳定,只要大气成分发生变化,立马就会破坏臭氧层。

  我们知道,现在地球的臭氧层破坏也是一个大问题,这是由于冰箱等制冷设备的使用,制造了氯氟烃,它会导致氧原子与氯原子结合,从而减少臭氧的制造。

  一些科学家认为,在二叠纪-三叠纪灭绝事件时期,严重缺氧的环境滋生了厌氧的硫酸盐还原菌,这些微生物在海洋中制造了大量的硫化氢,并释放到大气层中。

  正是硫化氢的排放削弱了臭氧层中臭氧的形成,就像现在人类制造的氯氟烃一样。

  你会发现,这似乎有点矛盾,好像是臭氧层的破坏才导致了紫外线水平的增加,进而引发缺氧的环境,接下去才会有厌氧微生物释放硫化氢。

  其实,整个过程到底是哪场灾难先开始的真的不好说,或许火山爆发也好,微生物滋生也罢,都只是轻微地改变了地球环境而已。

  但是,地球生态明显是一个整体,一些轻微的变量,最终就引发不可收拾的大灭绝事件。


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