一種導致大滅絕事件的新機制

6600萬年前,一顆小行星在撞擊地球之後,引發了一場災難性的滅絕事件。它導致了當時橫行於地球上的恐龍,及其同時代的其他約70%的物種滅絕。在此之後,哺乳動物取而代之,登上了地球生命史的舞臺。

對地球生命的進化來說,大滅絕事件具有非常重要的意義。從化石記錄來看,地球生命史上一共發生過五次主要的物種大滅絕事件,它們分別是4.39億年前的奧陶紀物種滅絕,3.59億年前至3.7億年前的泥盆紀大滅絕,2.51億年前的二疊紀-三疊紀滅絕,2.01億年前的三疊紀-侏羅紀大滅絕,以及最著名的6600萬年前的白堊紀-古近紀滅絕

在這些滅絕事件中,發生在約3.59億年前的泥盆紀末期大滅絕對脊椎動物的發展意義非凡。這次滅絕讓當時的優勢種群——帶甲的淡水魚消失了,倖存下來的是鯊魚,以及後來分散到早期海洋中的硬骨魚類。

這次滅絕在很大程度上也塑造了我們人類的進化,因為它導致了最早的四足動物的消失。這些最早的四足動物實則是一些進化出了6-8根手指和腳趾的「魚」。從化石記錄看,最早的擁有5根手指和5根腳趾的陸生四足動物,也就是我們的祖先,是直到這次滅絕事件之後才出現的。

關於這一滅絕事件的起因,之前已有許多猜測,火山爆發、小行星撞擊、氣候變化、海平面變化、野火等都曾被列為是導致了這一事件的可能原因。但一直以來,研究人員對這一事件的確切起因尚無定論。

最近,英國南安普頓大學的科學家發表了一篇新的論文,文中闡述了他們對這起發生在3.59億年前、介於泥盆紀和石炭紀地質時期的大滅絕事件的研究結果。

新的研究表明,這次嚴重的物種滅絕事件的起因,很可能是保護地球生物免於紫外線輻射傷害的臭氧層遭到了暫時性的破壞。這是一種新發現的滅絕機制,它表明臭氧層的變薄可以使紫外線輻射水平達到能摧毀森林生態系統的程度。

這次臭氧層的破壞發生在一次劇烈的冰期之後,當時出現了氣候的迅速變暖,冰原融化,地球突然變得非常溫暖。研究人員得出結論,在全球迅速變暖的時期,臭氧層會在短時間內坍塌,使地球上的生命暴露在高水平的紫外線輻射之下。

而這也意味著,如果現在的地球再次達到類似的溫度,就有可能會再次發生類似的事件。這對正在經歷氣候變化的我們是一個嚴重警告。

研究人員是從滅絕事件前後的植物化石中找到的證據,表明大氣發生了變化。這些岩石樣本來自一個非常古老的湖泊,這個湖泊位於極乾旱的地區,但卻全年存在。這樣的湖泊只有在冰川坍塌,且全球的季風在太陽熱量的影響下非常活躍時才會形成。

他們用酸對岩石樣本進行溶解,提取出了其中的花粉和孢子,並仔細觀察了這些花粉和孢子的微觀殘留的保護性壁層。這些壁層可以保護花粉和孢子細胞的內容物不受紫外線輻射。但是在一個新細胞的產生和它的保護壁形成之間,存在一個短暫的時間間隔,在這段時間裡,細胞是脆弱的。

這項研究所分析的這種孢子上覆蓋著一些小小的刺,這種刺通常長度相同,有著尖尖的頂端;然而在這項研究的樣本中,大多數刺形狀各異,這表明,細胞的DNA受到了紫外線輻射的破壞。也就是說,在這些孢子形成之時,能起到保護作用的地球臭氧層已經出現了問題。

左:具有正常形態的刺的孢子;右:由於DNA受到紫外線輻射破壞,刺的形態畸變的孢子。| 圖片來源:University of Sounthampton

有一些孢子和花粉具有帶有顏色的保護壁,它們起到了保護作用,使這些植物在這種惡劣的條件下也得以生存。但是一批重要的植物群還是很快滅絕了,整個森林的生態系統崩潰。那些少數倖存下來的種群也遭到了破壞,需要幾百萬年的時間才得以恢復,然後在這個過程中創造了一個完全不同的生態系統。

在更早的一些研究中,已經有科學家證明,大陸地區夏季的高溫會增加水蒸氣進入大氣的速度。這些水蒸氣攜帶著含氯的有機碳化合物,它們是由多種植物、藻類和真菌自然產生的。一旦這些化合物接近臭氧層,就會將氯釋放出來,而氯會分解臭氧分子。

這就產生了一個正反饋循環,因為陸地生態系統的崩潰會將大量的營養物質釋放到海洋中,從而導致藻類迅速增殖。如此一來,臭氧層就會被破壞得更厲害,更多植物又會因為臭氧層的破壞而死,於是再釋放出更多破壞性的化合物。再往後,隨著氣候變冷,臭氧層會自然恢復,藻類則會幫著清除大氣中的二氧化碳。

新發現的這種潛在的滅絕機制表明,我們正面臨的氣候變暖有可能會侵蝕臭氧層,讓有害的紫外線輻射進入大氣層,從而再一次對地球上的所有生物造成影響。

研究人員表示,對這種機制的發現具有非常重要的意義,就如同意識到一些物種滅絕是由小行星撞擊造成那樣,只有認識到了小行星撞擊地球會造成怎樣的後果,人們才會投入大量精力去評估這類事件會帶來的威脅,這也正是為何現在的科學家會去繪製所有可能接近地球軌道的大型地外天體的路徑。

同樣,新的研究或許表明,我們現在需要集中精力應對全球變暖,理解全球變暖與可能破壞臭氧層的含氯碳化合物的生產和大氣輸送之間的關係。

參考來源:

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

封面圖來源:geralt / Pixabay

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