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我们是否正处于又一场生物大灭绝事件之中?

我们是否正处于又一场生物大灭绝事件之中?

科学
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「生物大灭绝时刻
主笔 | 苗千

人类是否正处于又一场生物大灭绝事件之中?在一些研究者看来,这是一个无需质疑的事实。或者说,以现在的趋势看来,人类正在进入到一场将给地球生命带来巨大打击的大灭绝事件之中。而人类活动就是触发这场大灭绝事件最重要的原因。

通过地质学家和古生物学家的研究,人们了解到自从大约5.5亿年前出现了寒武纪生命大爆发之后,地球生命总共经历过五次大灭绝事件。这五次事件的起因各不相同,有的可能源于忽然爆发的火山活动,有的则源于小行星的撞击,或者地内和地外多种因素的共同作用……无论起因如何,要造成地球生命广泛、迅速的灭绝,都需要地球环境在短时间内迅速发生变化,让生命来不及做出反应。

吴奎在位于远安国家化石产地的剖面上工作

与很多人的想象不同,虽然地球上的生命现象出现极早,但我们若是想要书写关于地球生命的全部故事,就会发现这个故事的铺垫未免太过单调和漫长——在大约整个前寒武纪,也就是从地球形成之后直到大约5.5亿年前——在地球总年龄大约88%的时间里,地球生命的主要形态都是简单的单细胞生物。这些生物并非人的肉眼可见,活动能力也极为有限,只能与外界进行简单的能量交换。在大约40亿年的时间里简单地出生、死亡,以及繁殖。

如果我们画一棵地球的生命之树,那么可以看出这棵树先是花费了大约88%的时间只是生长出一个近乎光秃秃的树干。之后,就在大约5.5亿年前,生命之树忽然开始爆发,变得枝繁叶茂——这便是让地球生命变得多姿多彩的寒武纪生命大爆发(Cambrian Explosion)。但就在生命之树开始变得枝繁叶茂的这几亿年时间里,又有好几次,它被疯狂地砍伐,失去几乎半数的枝干。最严重的一次,也就是在大约2.5亿年前,这棵地球的生命之树失去了95%的枝叶,近乎死亡——这就是地球生命遭遇的最为严重的一次生存危机:二叠纪-三叠纪之交大灭绝事件(Permian–Triassic Extinction Event)

二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝,导致绝大部分海洋生物物种及陆地生物物种在很短的时间内灭绝,整个地球几乎死亡

即便是在这数亿年里发生过的屈指可数的几次大灭绝事件中,大约2.5亿年前发生的二叠纪-三叠纪之交大灭绝事件也显得尤为特殊和惨烈。所谓“二叠纪”(Permian),是英国地质学家罗德里克·麦奇生(Roderick Murchison)于1841年在对二叠纪的研究过程中以位于乌拉尔山西麓的俄罗斯城市彼尔姆(Perm)而命名。而“三叠纪”(Triassic)则是在1834年由德国地质学家弗里德里希·冯·阿尔伯提(Friedrich von Alberti)因为北欧地区沉积岩的三个特征地层而命名。其他的大灭绝事件至多导致50%~60%地球生命的灭绝,而二叠纪-三叠纪之交大灭绝事件则导致了大约95%生命的灭绝,这几乎让地球变成了一颗死亡星球,幸存下来的生命更是花费了大约上千万年的时间才得以逐渐恢复。

这次大灭绝事件也成为地球古生代(Paleozoic)与中生代(Mesozoic)的分界线。

加拿大格罗斯莫恩国家公园内的地质层,从左至右分别为寒武纪和奥陶纪化石层(TPG/alamy供图)

因为年代久远,人类想要理解这次地球生命经历过的最大危机并非易事。二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝事件仍然是一个重要的学术问题。至今为止人们对它的理解仍然远不充分,谜题也远多于共识。布里斯托大学的古生物学家迈克尔·本顿(Michael Bneton)在《当生命几乎灭绝》(When Life Nearly Died)一书中写道,当他在20世纪70年代还是一个古生物专业的学生时,他发现学术界常常充斥着各种各样的,甚至是截然相反的观点。至于哪种观点会最终胜出,往往要取决于新发现的证据。在当时,甚至关于在大约2.5亿年前是否发生过生命大灭绝事件都属于一个被热烈争论的话题。

进入到20世纪90年代,虽然当时古生物学界对于二叠纪-三叠纪之交大灭绝事件确实存在已经基本上达成了共识,但是这次事件对于地球生命,尤其是海洋生命和陆地生命究竟造成了多大程度的破坏,学界依然所知甚少。至于这次事件的起因,更是有着许多截然不同的看法。

浙江长兴煤山的这枚“金钉子”是全球最重要的三颗“金钉子”之一,也是开展二叠纪-三叠纪之交大灭绝与复苏相关研究的基础(张雷 摄)

相对于地球的地质学年龄来说,这次大灭绝事件的发生似乎颇为突然,持续的时间也很短暂,那些动辄需要数十万年、上百万年的可能因素也就迅速被古生物学家们排除掉。能在短时间内迅速改变全球气候,造成生命大规模灭绝的因素,主要被限定在“火山活动引发全球气候变暖”以及“小行星撞击造成物种灭绝”两者之中。在进入到21世纪之后,认为是当时极端火山活动造成气候变化的观点开始占据上风。从此之后,一个源于极端火山活动造成的大灭绝事件的线索开始逐渐被学术界所接受。

目前人们对于大灭绝事件的普遍描述为“海洋生物灭绝了95%左右,陆地生物灭绝了70%左右”。但本顿认为这两个数字的差异很可能是因为目前人们还没有关于植物和昆虫方面的完整数据。陆地生物与海洋生物的灭绝很可能是几乎同时发生,受到的打击程度也很可能是相同的。

寒武纪时期的海洋动物

陆地生物和海洋生物的灭绝事件也相互联系。酸雨落入海中会造成海水酸化,而落在大陆上的酸雨则会造成森林的大面积死亡,依赖森林生存的昆虫相应也会大规模灭绝。正因为如此,在这次大灭绝事件结束之后大约1000万年的时间里,地球上都没有森林存在,也因此形成了一个“无煤期”(Coal Gap),在海洋中也相应地有“珊瑚礁空缺”(Coral Gap)。陆地上的森林和海洋中的珊瑚,都花费了1000万年左右的时间才逐渐恢复。

陆地与海洋之间的相互作用,又使灭绝事件加剧。本顿这样描述当时陆地与海洋之间的关系:“因为没有任何树木,在酸雨的作用下,大陆表面大部分的土壤都被冲刷走了。所以当时在很多地方既没有土壤也没有植物,只有光秃秃的石头。被冲刷走的物质都进入了海洋,这也就是在二叠纪-三叠纪之交大灭绝事件中陆地和海洋发生关联的部分。在二叠纪、三叠纪交界的时候,如果我们观察与大陆临近的浅海区域,会发现大量从陆地上冲刷下来的土壤和有机物,包括很多的树木和沙土。最终这些物质让浅海区域变得非常泥泞和浑浊。而在浅海区域有很多海洋生物,它们依赖过滤海水中的营养物质生活。当海水变得浑浊泥泞之后,它们就无法继续在这种环境中生活。”

这些形形色色的古生物,在一次次大灭绝中毁灭与重生(张雷 摄)

因为当时地球上的大陆是一个名为“盘古大陆”(Pangaea)的整体,在其中心位置可能存在大面积的沙漠,环境本来就相对恶劣,在极端气候之下也可能进一步加速陆地生物的灭绝。

我们将这次封面故事的重点放在二叠纪-三叠纪之交大灭绝事件,一个重要的原因就在于科学家可以通过对比发现,我们所处的地球环境与这次大灭绝事件爆发初期的情况已经非常相像

虽然目前地球上并没有频繁的火山活动,但因为人类排放出大量的温室气体,目前全球变暖、海水酸化以及物种灭绝的速度等种种指标都说明我们正处于又一次大灭绝事件的边缘。有科学家估计,光是在20世纪,就有大约200个物种灭绝。因此有人把目前正在发生的事件称为“全新世灭绝事件”(Holocene Extinction)。

纪录片《灭绝的真相》剧照

问题在于,我们是否能够扭转这个趋势,挽救自己,以及大多数地球生命的命运?要回答这个问题,我们首先需要把眼光放在数亿年的时间尺度上,回顾地球生命发展的历程——其中二叠纪-三叠纪之交大灭绝事件就可以成为一把最好的标尺。

中国恰好是二叠纪-三叠纪之交大灭绝事件的研究中心之一。在中国东南部,保存着大量二叠纪-三叠纪时期的生物化石。世界各国的科学家们在此进行研究,中国科学家也屡屡取得突破性的进展。通过采访来了解这些科学家的工作,我们可以理解生命的历史、变化的环境,并以此预测我们的未来。


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