生命史上的至暗时刻

生命史上的至暗时刻

万物皆有时。”地球生命的进程从来都不是一条直线,在这里,生命经历过数次反反复复的灭绝与爆发,才发展出了今天的地球样貌。

目前普遍认为,地球历史上曾出现过约五次最主要的大灭绝事件,也就是在(地质时间尺度上的)很短时间内,地球上的大部分生命几乎全被抹去。古生物学家在全球化石记录中观察到物种消失。目前,人们对过去的几次灭绝事件的原因还没有完全弄清,但推测大多可能与快速的全球气候变化有关。而生物学家同样怀疑,我们正在经历第六次大灭绝。

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奥陶纪–志留纪灭绝事件

(Ordovician-Silurian extinction event)

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○ 图片来源:PaleoEquii/Wikicommons

时间:奥陶纪末期(约4.5亿年前)

程度:约85%的生物灭绝。如果用一个衡量生物多样性损失的标准来看,那就是约57%的属(genus)灭绝。

代表种类:包括大多数三叶虫物种,许多珊瑚虫,一些硬壳的海洋无脊椎动物——腕足动物等。

原因:一些古生物学家认为,奥陶纪大灭绝是冈瓦纳古陆的冰川作用的结果。这一全球性的冰川事件导致了全球海平面的下降。大陆架生态空间减少,加上冰川本身造成的降温,很可能是这一次大灭绝的综合驱动因素。

除此之外,其他可能的成因假说还包括伽马射线暴、火山作用等,但缺乏实质性证据确认。

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泥盆纪末灭绝事件

(Late Devonian extinction event)

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○ 图片来源:Eduard Riou

时间:泥盆纪后期(约3.59亿年前至3.7亿年前)

程度:此次事件被认为主要对海洋生物造成了重创,使得约70%的海洋生物灭绝。

代表种类:许多珊瑚虫、三叶虫、海绵,以及被称为盾皮鱼的古怪鱼类等。

原因:尽管“大灭绝”可能是由于瞬间的冲击造成的全球性灾难(典型的事件后面我们会看到),也有可能跨越数千年。此次灭绝被认为包括约了在2000万年内延续的一系列灭绝的“高峰”事件,导致生物多样性的周期性和突然的下降。这些变化可能是西伯利亚火山活动的后果,一次大规模喷发可能会导致海平面快速波动,海洋中氧气含量降低,并导致其他环境变化。

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二叠纪–三叠纪灭绝事件

(Permian-Triassic extinction event)

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○ 图片来源:Joseph Smit/Wikicommons

时间:二叠纪末期开始(约2.52亿年前)

程度:约96%的物种(56%的属)灭绝了。

代表种类:许多的森林在野火中被破坏,以至于之后甚至已经没有东西可烧了。研究人员在地质记录中发现了一个“炭缺口”(charcoal gap)。许多两栖动物和那个时代的一些顶级食肉动物消失了。

原因:这是地球地质历史上目前已知的最大规模的一次灭绝。有关这次灭绝事件的原因众说纷纭,一种假说认为,它是由西伯利亚暗色岩区域的大规模喷发引起的,这可能是一次巨大而漫长的火山事件,产生了一系列环境的连锁反应。大气中迅速引发温室效应,海洋被酸化并导致缺氧。臭氧层被部分破坏,致命的紫外线辐射到达地球表面。地球花费了千万年时间才得以恢复生态的多样性,而这场大灾难造成的不稳定,可能也导致了三叠纪时期不稳定的地球环境。

在近日发表于《自然通讯》的一项新研究中,科学家还发现,这次大灭绝在陆地上和海洋中开始的时间上有很大差异,陆地生物的灭绝比海洋生物要早得多,这或许意味着,灭绝在陆地上与海洋中有着不同的直接原因或机制。

无论如何,这次灭绝让地球生命重新洗牌。但是,一些真菌很好地经受住了这次考验。原本的食物链顶端的消失,或许为最早的恐龙和第一批哺乳动物的发展扫清了道路。

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三叠纪–侏罗纪灭绝事件

(Triassic-Jurassic extinction event)

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○ 图片来源:Ghedoghedo/Wikicommons

时间:三叠纪末期(约2.01亿年前)

程度:约76%的物种(约47%属)消失

代表种类:牙形刺、虾蟆龙等爬行动物

原因:此次灭绝事件与二叠纪末的灭绝事件有一些相似之处,据推断它可能是由另一次大规模的喷发引起的,来自中大西洋岩浆省(Central Atlantic Magmatic Province),这或许也预示着超级大陆“泛大陆”的分裂。

但在生态上,此次灭绝时间还造成了另一个重要结果。由于灭绝抹去了大量陆生爬行动物以及两栖生物,陆地上的生态位出现空缺,这让恐龙获得了发展的机会,恐龙在三叠纪末期后真正“大踏步前进”,多样性急剧增加,在侏罗纪时期迎来属于它们的霸主时代。

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白垩纪–古近纪灭绝事件

(Cretaceous-Paleogene extinction event)

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○ 图片来源:Donald E. Davis

时间:白垩纪末期(约6550万年前)

程度:约76%的物种灭绝

代表种类:恐龙、菊石等

原因:这或许是最“著名”的一次大灭绝。如果说三叠纪-侏罗纪灭绝事件是恐龙登上了霸主之位关键一步,那么这一次灭绝就将它们(中的绝大多数)从这个星球上抹去了。这次灭绝的原因仍有争议。随着对希克苏鲁伯陨石坑的深入研究,“小行星撞击说”被广泛接受,许多学者认为小行星撞击可能是此次灭绝的关键因素之一,撞击事件引发了一系列全球效应,甚至改变了地球的大气组成,使得当时的生态系统瓦解。

但同样是此次灭绝留给了哺乳动物机会,哺乳动物很快适应了新空出的生态位,这颗星球自此几乎成为哺乳动物的天下,哺乳动物不断繁衍蓬勃,最终孕育出了一个与众不同的物种——人类。而恐龙也有一部分幸存的分支也留到了今天,它们就是我们熟知的鸟类。

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全新世灭绝事件?

(Holocene extinction event?)

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○ 图片来源:Mauricio Antón/Public Library of Science

时间?:约10000年前,大约从人类开始主宰地球之时,并延续至今。

程度?:???

代表种类?:猛犸象等许多大型动物、渡渡鸟、旅鸽等

原因?:物种的形成与灭绝其实是地球常态。随着时间的推移和地球的变化,物种的灭绝一直在发生。与大规模的死亡相比,这些灭绝是“小批量”的静态灭绝,被称为背景速率(background rate),在历史上和化石记录中都有它们发生的痕迹。

但目前一些观点认为,由于一系列人类活动,造成地球上生物多样性的明显丧失,物种加速灭绝。虽然确定物种灭绝速率十分困难,但2015年的一项研究认为,保守估计,目前的灭绝速率大约是正常的背景速率的100倍。这是否意味着,第6次大灭绝已经来临?

如果真是这样,是否又会如一本有关第6次大灭绝的书中所说:

智人可能不仅仅是第6次大灭绝的诱因,也有可能成为这次灭绝事件的受害者之一。

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“抵消”灭绝?

人类的一举一动改变、重塑着地球。人类活动带来了灭绝,有时也能在无意间恢复一些生态系统中的生态特征。近日,一项新研究对“抵消”物种灭绝提出了一些独到的见解。

随着全球化的加快,对人类而言,地理上的距离越来越不算是问题。对动物来说似乎同样如此。许多物种被人为地引入全球各地,在新的生态系统中繁衍生长。

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○ 在世界范围内,引入食草动物与许多灭绝的动物共享很多关键性状。| 图片来源:University of Kansas/Oscar Sanisidro

通过对世界范围内食草动物的生态特征与它们过去的特征进行分析比较,团队认为,引入到新环境的食草动物恢复了许多已经消失了数千年的性状。虽然在过去的数万年间,人类活动已经导致了集中大型哺乳动物的灭绝,但此后,人类又引进了许多物种,不经意间在世界各地使动物再次野生化。通过在世界各地引入物种,人类也恢复了许多生态系统失去的生态特征,“抵消”了灭绝,让世界变得更像一些动物灭绝前的更新世晚期。

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○ 图片来源:Lundgren et al. 2020 PNAS

参考来源:

https://www.discovermagazine.com/the-sciences/mass-extinctions

https://www.worldsciencefestival.com/infographics/earths-worst-mass-murderers-oxygen-volcanoes-and-humans/

https://theconversation.com/five-mass-extinctions-and-what-we-can-learn-from-them-about-the-planet-today-79971

https://phys.org/news/2020-03-species.html

封面图来源:NASA-JPL/Caltech

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