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中科院南京地质古生物研究所沈树忠研究员

在二叠纪大灭绝后消失的大雨羊齿类化石

  在生物演化的“长河”中,曾经出现过一次“大灭绝”事件,几乎造成了地球生物界回到原始状态,这就是著名的“二叠纪末生物大灭绝”。究竟是什么造成了这次大灭绝?这些“谜底”不久前终于被揭开。中科院南京地质古生物研究所沈树忠研究员及其团队,研究发现“二叠纪末生物大灭绝”的真相。这一成果,已于近期被刊登在国际上著名的自然科学综合期刊,美国的《科学》杂志上。

  大灭绝的几点新发现

  开始时间 化石研究首次将时间精确至2.5228亿年前

  从上世纪80年代开始,中科院南京古生物研究所就开始着手二叠纪末生物大灭绝的研究,带头领导这个项目的负责人是已故古生物专家金玉玕,接着好几位研究人员也相继加入,沈树忠就是其中之一,他对二叠纪末大灭绝的研究已经十几年了。

  化石是生命演化最“忠实”的记录者,想要“还原”二叠纪大灭绝,就要找到足够的化石。为此,沈树忠和他的研究团队在浙江煤山、西藏及其周边地区20余条地质剖面开展研究。这些剖面既有海洋环境,也有陆地环境,甚至还有海陆过渡的环境。

  细致全面的工作也给专家们带来了他们想要的:他们在浙江煤山发现了高分辨率的牙形化石带。这种化石带的化石长短不一,但都是相似的长方形,它们也是古生物学上用来作为划分古生界和中生界的标准化石。研究人员还在四川的剖面上找到了火山灰的痕迹。“火山喷发形成的火山灰,沉积下来之后是可以保存的。而火山灰里的锆石等成分可以用来测定火山喷发的时间,精度也很高。”沈树忠说。

  此外,化石中碳同位素的变化也为大家带来了“好消息”。生物的多样性与二氧化碳等指标有密切关系,研究发现当时地球的碳同位素在两万年内出现千分之五的变化。在种种“证据”面前,“二叠纪末生物大灭绝”发生的时间终于得以首次确定——2.5228亿年前。

  形成原因 不是“天外来客” 是岩浆、火山、气候共同作用

  二叠纪末生物大灭绝的原因,长期以来一直是争论的热点。2000年,金玉玕院士等人在《科学》上发表了论文,认为是瞬间事件导致了生物的灭绝,因为二叠纪末期发生的生物灭绝速度太快了。所以有美、日等科学家推断当时有一颗小行星或者彗星猛烈地撞击了地球,其造成的强烈震波瞬间杀死了上千平方公里内的所有生物……如同6500万年前,恐龙的灭绝一样。当时,这种观点一度风靡一时,受到媒体和民众的普遍关注。但随着进一步的深入研究,真正的“凶手”逐渐浮出水面。

  “我们在大灭绝地层层位,发现了当时的树木大都经过燃烧,证明天气非常干燥,森林遭受大面积野火吞噬。”沈树忠说,正是这些绵延不绝的野火,给位于赤道地区的以大雨羊齿为代表的热带雨林带来灾难。森林的破坏又使得地表风化加剧,地表土壤系统快速崩溃。

  那么海洋生物又是如何灭绝的呢?“之前我们说的碳同位素突然大幅度变化,说明大气中的二氧化碳也出现剧烈变化,给生物多样性带来灭顶之灾。”沈树忠帮助记者“还原”了当时的环境:地下岩浆在经过长期的“平稳”之后,突然迎来了“活跃期”,大规模的活动造成了地表甲烷释放以及火山喷发,使得大气中二氧化碳浓度快速增加。“天气越来越热,海底缺氧严重,海洋生物们也没能逃过这次劫难。”

  更让人惊奇的是,通过化石研究比对发现,大灭绝速度非常快。“在上世纪80年代的时候,大家都认为灭绝应该是1000万年完成的,但我们认为这一切不会超过20万年。”沈树忠告诉记者,而且海洋和陆地生物灭绝是同时的,和之前普遍认为的海洋生物灭绝快于陆地生物的理论不同。

  存活生物 “肥胖版”豆芽、毛发叶子银杏在灾难中成功“逃生”

  二叠纪大灭绝给世界带来的破坏是灾难性的,造成了95%海洋生物和75%陆地生物物种灭绝,并让地球进入了一个长达五百万年以上的生命“萧条”期。但即便环境再险恶,仍有少数陆地和海洋物种成功活了下来。“这些物种都是抗压能力强、忍耐度很高的。”沈树忠说。

  “比如海豆芽,就是成功活下来的海洋生物。”沈树忠打开一张图,从外形上看,它更像是“肥胖版”的豆芽。沈树忠告诉记者,它的“大名”叫舌形贝,是世界上已发现生物中历史最长的腕足类海洋生物,生活在温带和热带海域。

  而存活下来的陆地生物要比海洋生物多一些,该所古植物学家王军研究员告诉记者,包括蕨类、石松类、有节类、银杏类、松柏类延续了下来。“这些延续下来的是以大类划分的,但每个大类只有几个种成功活下来。”比如说古银杏。据王军介绍,那个时候的银杏和现在的完全不同,“早期的树叶分叉很多,而且叶子和毛发的样子差不多。”

  “虽然二叠纪末大灭绝破坏性巨大,但是也留下来巨大的生态空间。”沈树忠说,这也为接下来的三叠纪的陆地、海洋生物,甚至为很快出现的地球霸主——恐龙提供了生态发展的“机遇”。

  “这次的成果并不是关于二叠纪大灭绝研究的终结,”沈树忠说,未来和大灭绝事件相关、相近的生物事件依然是他们关注的焦点。

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channelId 1 1 古生物专家历时十年 揭“生物大灭绝”谜团 1 在生物演化的“长河”中,曾经出现过一次“大灭绝”事件,几乎造成了地球生物界回到原始状态,这就是著名的“二叠纪末生物大灭绝”。究竟是什么造成了这次大灭绝?