研究发现一种导致大灭绝事件的新机制
来源:原理
发布时间:2020-06-14
浏览次数:943
6600万年前,一颗小行星在撞击地球之后,引发了一场灾难性的灭绝事件。它导致了当时约70%的物种灭绝。在此之后,哺乳动物取而代之,登上了地球生命史的舞台。 

 

 

微信图片_20200611115116.jpg

 

对地球生命的进化来说,大灭绝事件具有非常重要的意义。从化石记录来看,地球生命史上一共发生过五次主要的物种大灭绝事件,它们分别是4.39亿年前的奥陶纪物种灭绝,3.59亿年前至3.7亿年前的泥盆纪大灭绝,2.51亿年前的二叠纪-三叠纪灭绝,2.01亿年前的三叠纪-侏罗纪大灭绝,以及最著名的6600万年前的白垩纪-古近纪灭绝。

 

image.png

 

在这些灭绝事件中,发生在约3.59亿年前的泥盆纪末期大灭绝对脊椎动物的发展意义非凡。这次灭绝让当时的优势种群——带甲的淡水鱼消失了,幸存下来的是鲨鱼,以及后来分散到早期海洋中的硬骨鱼类。

 

这次灭绝在很大程度上也塑造了我们人类的进化,因为它导致了最早的四足动物的消失。这些最早的四足动物实则是一些进化出了6-8根手指和脚趾的“鱼”。从化石记录看,最早的拥有5根手指和5根脚趾的陆生四足动物,也就是我们的祖先,是直到这次灭绝事件之后才出现的。

 

关于这一灭绝事件的起因,之前已有许多猜测,火山爆发、小行星撞击、气候变化、海平面变化、野火等都曾被列为是导致了这一事件的可能原因。但一直以来,研究人员对这一事件的确切起因尚无定论。

 

最近,英国南安普顿大学的科学家发表了一篇新的论文,文中阐述了他们对这起发生在3.59亿年前、介于泥盆纪和石炭纪地质时期的大灭绝事件的研究结果。

 

新的研究表明,这次严重的物种灭绝事件的起因,很可能是保护地球生物免于紫外线辐射伤害的臭氧层遭到了暂时性的破坏。这是一种新发现的灭绝机制,它表明臭氧层的变薄可以使紫外线辐射水平达到能摧毁森林生态系统的程度。

 

这次臭氧层的破坏发生在一次剧烈的冰期之后,当时出现了气候的迅速变暖,冰原融化,地球突然变得非常温暖。研究人员得出结论,在全球迅速变暖的时期,臭氧层会在短时间内坍塌,使地球上的生命暴露在高水平的紫外线辐射之下。

 

而这也意味着,如果现在的地球再次达到类似的温度,就有可能会再次发生类似的事件。这对正在经历气候变化的我们是一个严重警告。

 

研究人员是从灭绝事件前后的植物化石中找到的证据,表明大气发生了变化。这些岩石样本来自一个非常古老的湖泊,这个湖泊位于极干旱的地区,但却全年存在。这样的湖泊只有在冰川坍塌,且全球的季风在太阳热量的影响下非常活跃时才会形成。

 

他们用酸对岩石样本进行溶解,提取出了其中的花粉和孢子,并仔细观察了这些花粉和孢子的微观残留的保护性壁层。这些壁层可以保护花粉和孢子细胞的内容物不受紫外线辐射。但是在一个新细胞的产生和它的保护壁形成之间,存在一个短暂的时间间隔,在这段时间里,细胞是脆弱的。

 

这项研究所分析的这种孢子上覆盖着一些小小的刺,这种刺通常长度相同,有着尖尖的顶端;然而在这项研究的样本中,大多数刺形状各异,这表明,细胞的DNA受到了紫外线辐射的破坏。也就是说,在这些孢子形成之时,能起到保护作用的地球臭氧层已经出现了问题。

 

image.png

 左:具有正常形态的刺的孢子;右:由于DNA受到紫外线辐射破坏,刺的形态畸变的孢子。| 图片来源:University of Sounthampton

 

有一些孢子和花粉具有带有颜色的保护壁,它们起到了保护作用,使这些植物在这种恶劣的条件下也得以生存。但是一批重要的植物群还是很快灭绝了,整个森林的生态系统崩溃。那些少数幸存下来的种群也遭到了破坏,需要几百万年的时间才得以恢复,然后在这个过程中创造了一个完全不同的生态系统。

 

在更早的一些研究中,已经有科学家证明,大陆地区夏季的高温会增加水蒸气进入大气的速度。这些水蒸气携带着含氯的有机碳化合物,它们是由多种植物、藻类和真菌自然产生的。一旦这些化合物接近臭氧层,就会将氯释放出来,而氯会分解臭氧分子。

 

这就产生了一个正反馈循环,因为陆地生态系统的崩溃会将大量的营养物质释放到海洋中,从而导致藻类迅速增殖。如此一来,臭氧层就会被破坏得更厉害,更多植物又会因为臭氧层的破坏而死,于是再释放出更多破坏性的化合物。再往后,随着气候变冷,臭氧层会自然恢复,藻类则会帮着清除大气中的二氧化碳。

 

新发现的这种潜在的灭绝机制表明,我们正面临的气候变暖有可能会侵蚀臭氧层,让有害的紫外线辐射进入大气层,从而再一次对地球上的所有生物造成影响。

 

研究人员表示,对这种机制的发现具有非常重要的意义,就如同意识到一些物种灭绝是由小行星撞击造成那样,只有认识到了小行星撞击地球会造成怎样的后果,人们才会投入大量精力去评估这类事件会带来的威胁,这也正是为何现在的科学家会去绘制所有可能接近地球轨道的大型地外天体的路径。

 

同样,新的研究或许表明,我们现在需要集中精力应对全球变暖,理解全球变暖与可能破坏臭氧层的含氯碳化合物的生产和大气输送之间的关系。

 

参考来源:

https://theconversation.com/prehistoric-climate-change-damaged-the-ozone-layer-and-led-to-a-mass-extinction-139519

https://www.southampton.ac.uk/news/2020/05/ozone-extinction-event.page

 

封面图来源:geralt / Pixabay

关注【深圳科普】微信公众号,在对话框:
回复【最新活动】,了解近期科普活动
回复【科普行】,了解最新深圳科普行活动
回复【研学营】,了解最新科普研学营
回复【科普课堂】,了解最新科普课堂
回复【科普书籍】,了解最新科普书籍
回复【团体定制】,了解最新团体定制活动
回复【科普基地】,了解深圳科普基地详情
回复【观鸟知识】,学习观鸟相关科普知识

听说,打赏我的人最后都找到了真爱。