生物学
谁是2.52亿年前生命大灭绝“元凶”?
2018-04-02
      在距今约2.52亿年前,地球上发生了一场最为严重的全球性生物集群灭绝事件。
      “天体撞击”、“大规模火山喷发”、“海水缺氧”……一直以来,对于造成这次生命大灭绝的原因,科学界存在巨大争议。
      日前,中国科技大学地球和空间科学学院、中国科学院壳幔物质与环境重点实验室肖益林教授团队和沈延安教授团队,首次通过“锂同位素”的研究方式,在探讨早期生命大灭绝事件的过程和机制方面取得重要进展,找到导致此起事件的重要环境因素“凶手”——同时期大陆风化作用的迅速增强。
      在接受本报独家专访时,肖益林教授表示,这一创新性的研究,为人类研究生命大灭绝事件提供了一种全新的方式,也让人类离了解这场生命大灭绝的真相更进一步。
      学界争议:生命大灭绝原因尚未形成统一认识
      肖益林说,在距今约2.52亿年的二叠/三叠纪之交,发生了地质历史时期最为严重的全球生物集群灭绝事件,这一事件在很短时间内造成了超过80%的海洋生物和70%的陆地生物的灭绝。
      “长期以来,对于造成这次生命大灭绝的原因一直存在巨大争议。”肖益林说,科学家们曾提出“天体撞击”、“大规模火山喷发”、“海底可燃冰的快速分解”、“海水缺氧”等多种假说和解释,但具体的驱动机制和环境因素目前学界尚未形成统一的认识。
      创新之处:首次运用“锂同位素”研究生命大灭绝
      人类想要了解地球的过去,有一个重要研究对象就是各类岩石,不同时期的岩石是地球历史的“记录本”,而在这个“记录本”里有一个重要的标记——“锂”元素。
      近年来,肖益林团队一直从事“锂同位素”方面的研究,但此次将“锂同位素”用于生命科学和重大地质历史事件的研究在国际上尚属首次。
      为什么可以通过“锂同位素”对生命大灭绝事件进行研究?肖益林解释,锂是自然界上最轻的金属元素,它有两个稳定同位素,这两个同位素的质量差异是自然界金属元素中最大的,当不同的地质环境条件下,会产生显著的同位素分馏。
      “通过对地质体同位素组成的研究,可以了解当时引起它变化的地质因素。”肖益林说,他们系统测定了全球二叠—三叠界线的“金钉子”剖面——中国浙江煤山剖面的锂同位素组成,并通过动态模型计算,重建了2.52亿年前这一重大地质历史发生时期海水的锂同位素组成及其变化趋势。
      灭绝真凶:“证据链”指向西伯利亚火山爆发
      在科大研究团队重建当年发生生命大灭绝时期的海水锂同位素后,他们发现,在灭绝事件发生前夕,海水的锂同位素组成发生了显著的降低。这一特征一直持续到了早三叠世初,指示了当时快速增强的全球性的大陆风化作用。
      “海水的锂同位素变化时段与地质历史时期最大规模的火山作用——西伯利亚大火成岩省的喷发时间高度吻合。”肖益林说,一系列的研究成果形成了一个完整的“证据链”,表明这一时期全球性风化作用的突变,很可能源自于西伯利亚火山的大规模爆发。
      肖益林进一步说明,巨量的基性溢流玄武岩喷发至地表,火山喷发造成的温室气体浓度急剧升高,以及全球性的酸雨气候等诸多因素,都为全球性陆地风化作用迅速增强提供了必要的条件。
      灭绝原因:大陆风化或是重要因素
      随着大陆风化作用的增强,给地球上的生命带来毁灭性的打击。
      研究指出,迅速增强的大陆风化作用,能够将地表巨量的离子和营养盐输送至海洋,从而引发海水的富营养化和海洋酸化。
      “海水环境的变化,进而导致海水缺氧、透光带降低等影响,危及当时海洋中生命生存的环境系统。”肖益林介绍,当这一效应积累到海洋生命所能承受的阈值后,最终引发海洋生态系统的崩溃,并造成二叠纪末生命在短时间内大量灭绝。
      由此,研究人员得出结论:在这一地球表层系统的转化过程中,作为联系海洋和陆地生态系统的“纽带”—— 大陆风化的增强,在二叠纪生命大灭绝事件中很可能起到了非常关键的作用。
      据悉,此次相关研究成果在线发表在2018年3月26日出版的国际权威综合学术期刊《美国科学院院报》(PNAS)上。文章第一作者为地空学院肖益林教授团队的孙贺博士,肖益林、高永军副研究员(美国休斯敦大学)和沈延安为共同通讯作者。该工作得到中国科学院先导项目(B)和国家自然科学基金委项目的共同资助。
      研究意义:探索生命大灭绝原因有着现实意义
      这场最为严重的生命大灭绝事件距今约2.52亿年,为何要研究这起遥远时期的事件?肖益林说,除了人类自身探索自然和了解自然的需求外,研究生命大灭绝事件的原因,也有其现实意义。
      “当前全球变暖、温室效应等环境问题突出,这会不会导致另外一次生命大灭绝事件的发生?”肖益林说,研究这些生命大灭绝事件发生的原因,将为评估当今地球生态系统危机提供重要依据,为我们制作环境保护政策提供参考和指导。
      “虽然再一次发生生命大灭绝事件与我们很遥远,但从地质时间尺度上来看,也是完全有可能发生的。”肖益林说,地球有着46亿年的历史,而人类出现至今约110万年,有人类文明记载是5000多年,与地球历史相比,人类历史太短暂了。
      “我们只有通过研究地质历史时期发生的事情,了解地球的发展和变化趋势,了解生命大灭绝产生的真正原因,来预测人类将来的发展会不会面临同样的问题。”肖益林说。
      新闻链接
      五次生命大灭绝事件
      地球有着46亿年的历史,地质历史时期曾经发生了五次重大生命灭绝事件,这些事件造成当时海洋中大部分物种在短时间内灭绝,陆地生态系统形成以后也同样遭到重创。
      第一次生命大灭绝事件发生在距今4.4亿年前的奥陶纪末,造成当时地球上的腕足动物和苔藓动物科基本灭绝,生物多样性锐减。
      第二次生命大灭绝事件发生在距今3.8亿年前的泥盆纪晚期,造成低纬度地区广泛发育的珊瑚-层孔虫礁以及与之共生的大量其他生物灭绝,同时,许多远洋生物也受到很大打击。
      第三次生命大灭绝事件发生在距今2.5亿年前的二叠纪末,造成古生代非常繁盛的动物群中许多主要门类灭绝或者大幅减少,蜓、三叶虫、棘皮动物的海蕾类、四射珊瑚、横板珊瑚等均遭受灭顶之灾,也是五次大灭绝事件中最为严重的一次。
      第四次生命大灭绝事件发生在距今2亿年前的三叠纪末,造成海、陆生态系统同时遭到严重打击,导致海洋生态系统中约52%的属和76%的种灭绝。其中,陆地生态系统由于四足动物,尤其是两栖类 和部分爬行类,受到沉重打击而消亡,从此进入一个以恐龙为主导地位的世界。
      第五次生命大灭绝事件发生在距今6600万年前的白垩纪末,造成中生代占领海陆空各个领域的恐龙类灭绝。
      对话
      人类探索自然的脚步 不会停止
      记者:为什么要研究生命大灭绝的原因?
      肖益林:一直以来,科学家们在研究生命大灭绝原因的道路上从没有停步。我们生活在这个地球上,需要去了解地球上曾经发生过什么。这也是我们了解、认识和探索自然的需要。就像我们探索太空和宇宙一样,人类需要认识自己生存和生活的环境。
      记者:为何会想到用“锂同位素”的方式研究生命大灭绝事件?
      肖益林:我多年来从事“锂同位素”的研究,在一个偶然的机会下,与研究地球生命事件的沈延安教授进行了交流,当时我们一拍即合,觉得可以用“锂同位素”这一方式探究生命大灭绝发生的原因,这也可以说是学科之间积极交流产生的成果。
      记者:这一全新的研究方式,能不能真正揭秘生命大灭绝的原因?
      肖益林:在国际上,许多科学家都在探索生命大灭绝的原因,研究的手段和方式各有不同。此次我们首次用“锂同位素”的方式探索大灭绝的原因,是一次全新的尝试和探索,也为揭秘地质历史时期生命大灭绝原因提供了一种新的途径,在前人研究的基础上,让我们可能离真相更进一步。
      记者:下一步,科研团队还将进行哪些研究?
      肖益林:此次相关研究成果在线发表在2018年3月26日出版的国际权威综合学术期刊《美国科学院院报》(PNAS)上,得到了业界的认同。接下来,我们还将用“锂同位素地球化学”的方法进行其他重大地质历史事件的研究。
      合肥晚报 ZAKER合肥记者 蒋瑜香
      
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合肥晚报
2018年04月02日
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