科学家发现生物大灭绝真相
作者：沈树忠等 来源：《科学》 发布时间：2011-11-18 15:41:04
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。（来源：扬子晚报 陈孝政 朱姝）
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《科学》发表论文摘要（英文）
科学家：地球最严重生物灭绝事件是温室效应所致
2011年11月18日 09:54 来源：中国新闻网
中新网南京11月18日电(记者 朱晓颖)18日，中国科学院南京地质古生物研究所发表一项重大进展：地球历史中最严重的生物大灭绝事件——二叠纪末生物大灭绝事件是地球温室效应所致。灭绝时间段被“锁定”在极短的20万年内。同时，海洋、陆地生物几乎是在同一瞬间从地球上遭到重创。18日，这一重大科研成果发表在国际上最著名的科学期刊之一、美国的《科学》杂志上。
地球46亿年历史并不是一帆风顺的“流水账”，而是波澜壮阔的生命演进史。自生命在地球上出现的那一刻起，至今已经发生过5次生命大灭绝事件。其中，距今2.52亿年前的二叠纪末期，发生了第三次生物大灭绝事件，也是地质历史时期中最严重的一次。这次灾难造成95%海洋生物物种、75%陆地生物物种消亡。从此，地球生态系统获得了一次最彻底更新：占领海洋近3亿年的古生代生物“让位”于新生物种类群，恐龙类等爬行类动物逐渐登上历史舞台。
“温室效应”证据确凿 甲烷和火山是“元凶”
中国科学院南京地质古生物研究所研究员沈树忠，是此次科研团队成员之一。
此前，对于二叠纪末期生物大灭绝事件，学术界有海平面下降、大陆漂移、陨石撞击、气候改变、大气成分改变、火山活动、沙漠肆虐等诸多观点。
对此，沈树忠表示：“生物大灭绝是在二叠纪最末期的时候。而碳的同位素变化等指示当时大气中二氧化碳快速升高，我们发现，这次大灭绝发生在20万年以内，当时的碳同位素在短短2万年中有5‰负漂移，在这么短的短的时间内发生这么大的变化仅仅依靠火山喷发出的二氧化碳气体是没法解释的。”
沈树忠等完成的科研成果是：“二叠纪末，由于大规模地下岩浆活动造成地表甲烷释放、火山喷发等的共同作用，使得当时大气二氧化碳浓度快速增加，温室效应加剧，海水缺氧，从而导致海洋生物大量灭绝。同时，全球气候快速变暖并干旱化，造成全球范围内大规模森林野火事件频繁发生，使得森林快速消亡。森林的破坏又造成地表风化加剧，地表土壤系统快速崩溃。从此，地球进入一个长达五百万年以上的生命萧条期。”
死亡时间被逐步“锁定” 从千万年缩短至20万年
历史上曾有世界各国诸多科学家对二叠纪末期生物大灭绝期限有所研究。1984年，美国芝加哥大学Sepkoski教授指出，二叠纪末期的生物灭绝延续约1000万年。
“我们这次研究表明，大灭绝时间范围短于20万年，发生在距今两亿五千两百二十八万年至距今两亿五千两百〇八万年之间。这意义非凡，时间不同，灭绝原因就会有很大的不同。”沈树忠表示：“研究结果显示，二叠纪晚期生物还具有很高的多样性，到了二叠纪末期，生物多样性急剧下降，地球遭受生物大灭绝过程。过去有人认为，灭绝是一个长期、缓慢变化的过程，现在我们认为，这是一个非常短、非常快的过程，是地球生物进化历史上一个非常重大的事件。”
海陆生态同时崩溃 亦有坚强生物“穿越”至今
“过去有个说法，二叠纪末期生命大规模消亡时，海洋生态系统崩溃要早于陆地生态系统，但这项研究发现，赤道地区的以大羽羊齿为代表的热带雨林植物群，在二叠纪末与海洋生物同时遭到快速毁灭性打击，这说明，海洋陆地生态系统崩溃几乎是在同一时间点。”沈树忠说。
“我们还发现，地球生态系统对地表环境恶化的反应可以是长期的，但是，一旦环境压力超出生态系统的承受能力，地表生态系统会在很短的时间内快速崩溃。”他表示。
尽管有95%海洋生物物种、75%陆地生物物种在二叠纪末“黑色事件”中消亡，但仍有不少坚强生物历经地球“洗礼”，“穿越”亿年至今，并且仍在不断进化。“能存活下来的，都是抗环境压力较强、忍耐度比较高的生物，像珊瑚这样爱温暖、爱阳光的肯定不行，海豆芽、牙形类、菊石类等动物、苏铁类、银杏类、水榕类等植物却生存下来。”沈树忠说。
他表示，海豆芽也叫舌形贝，长得像个豆芽菜，却是一种腕足类动物，豆芽头部壳内有软体，可以吃但是味道不太好；而陆地上苏铁类植物和现在的铁树很相近；银杏有着“活化石”称号，银杏的“祖先”也坚强存活下来。
22人团队研究历时十年 成果意义重大
据中国科学院南京地质古生物研究所公布，此项科研成果，是该所晚古生代研究团队联合美国麻省理工学院、美国国家自然博物馆、美国加州大学等单位的22位科学家，历经近十年的心血结晶。团队利用高精度的生物地层、火山灰高精度年龄测定、同位素地球化学等多学科交叉手段，对华南、西藏等地数十条二叠—三叠系界线剖面进行了精细研究。
迄今为止，该成果是世界上有关二叠纪末生物大灭绝事件研究时间精度最高、研究手段最为综合的一项原创性成果，使得过去学术界关于二叠纪末生物大灭绝模式的许多观点有了重新认识。(完)
地球氧气大量形成于23亿年前
作者：Yasuhito Sekine 来源：《自然—通讯》 发布时间：2011-10-18 12:29:15
日本东京大学一个研究小组在最新一期英国在线期刊《自然—通讯》上发表论文说，地球大气中的氧气大量形成于约23亿年前，那时冰河期结束，地球逐渐变暖，光合成生物大量繁殖，最终形成含氧的大气。
现有学说认为，地球大气中的氧来源于生命的光合作用，目前约占大气20%的氧气并不是在地球46亿年的历史长河中逐渐增加的，而是在距今约24亿年前到20亿年前之间急剧增加的，在那之前氧气几乎不存在。但是，科学家们一直没有弄清氧气剧增的详细年代和增加的原因。
东京大学讲师关根康人率领的研究小组，2008年调查了加拿大安大略省距今约22亿年至24.5亿年前的海底地层，调查其中锇元素的浓度。
铂族元素锇存在于陆地的岩石中，当大气中氧气浓度高的时候，锇会转变为离子，从而易溶于水，再被河流带到海洋，沉积在海底的地层中。
调查结果显示，约23亿年前的大规模冰河期地层和此后的温暖期地层交界处，锇的浓度急剧上升。研究人员认为，这是由于冰河期后，地球变暖，冰块融化，地表的营养成分被带到海中，在海中进行光合作用的特殊细菌得以大量繁殖，从而使氧气爆发性增加。
研究小组还发现，光合作用导致氧气增加并非只有一次，约22亿年前，另一个冰河期结束的时候，又出现了氧气的爆发性增加。
关根康人表示：“气候变动与生命进化密切相关。如果能够弄清其中的机制，那么今后有望根据这个线索在太阳系外寻找第二个地球。”（来源：新华网 蓝建中）
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