科学网 › 标签 › 大灭绝

标签: 大灭绝

相关帖子	版块	作者	回复/查看	最后发表

没有相关内容

相关日志

地球正在进入第六次生物大灭绝时期: 热度 1 jiangjiping 2018-6-15 07:31; 地球正在进入第六次生物大灭绝时期蒋继平 2018年6月15日根据已有的科学报道，地球历史上曾经发生过五次生物大灭绝事件。这五次生物大灭绝分别是：1.奥陶纪， 2. 泥盆纪， 3.二叠纪，4. 三叠纪， 5. 白垩纪。在距今4.4亿年前的奥陶纪末期，发生地球史上第一次物种灭绝事件，约85%的物种灭亡。在那个时期，所有生物都属于水生生物。据说这次物种大灭绝是由于气候变冷造成的。在公元前约3.65亿年的泥盆纪后期，发生地球史上第二次物种灭绝事件，这次大灭绝的物种仍然是海洋生物。距今2.5亿年前的二叠纪末期，发生了有史以来最严重的大灭绝事件，地球上有96%的物种灭绝，其中90%的海洋生物和70%的陆地脊椎动物灭绝。这次大灭绝使得占领海洋近3亿年的主要生物从此衰败并消失，让位于新生物种。公元前1.95亿年的三叠纪末期，估计有76%的物种，其中主要是海洋生物灭绝。公元前6500万年白垩纪末期，发生地球史上第五次生物大灭绝事件，约75%—80%的物种灭绝。这次大灭绝宣告地球的恐龙时代的终结。现在地球正在进入第六个生物大灭绝的时期。这第六个生物大灭绝时期属于什么时期？我不知道如何定义。只能暂时称为文明纪。这第六次生物大灭绝始于公元2000年前，也就是人类开始进入文明时期。从人类开始纪元起，人类的人口种群不断发展壮大，成为地球的主宰。在主宰地球的行动中，人类只顾自身的利益，大量消耗自然资源，肆意剥夺其他生物生存的领地和资源，严重污染环境，使许多生物失去生存的环境而从地球上消失。人类的行为是导致这次生物大灭绝的主要原因。千万年后，未来的科学家要是把第六次生物大灭绝说成是核武器或者其他自然灾害引起的，那是一个极大的错误结论。人类现在的行为正在加速地球物种的灭绝。人类在几乎所有适合耕作的土地上只种植他们喜欢的植物，对于不适合人类食用的植物采用铲除的手段。人类大量采伐森林树木，使原始森林面积越来越小，一些依靠森林生存的物种因失去家园而无法继续生存下去，造成了断子绝孙的结局。人类开山劈岭，修路造桥，严重干扰了原来在高山峻岭中默默生存的物种的生态环境，导致这些物种生无宁日，最终只能走上绝路。人类大量生产各种化学物质，一方面直接用来屠杀各种他们不喜欢的生物，另一方面，把这些有毒的物质四处散播，让它们进入地下，流入江湖大洋，造成严重的环境污染。这种严重污染的环境导致许多物种再也无法生存下去。我估计在未来的100年内，地球上现存的物种将有5-10%将会灭绝。其中首当其冲的应该是： 1. 蜜蜂，2. 鲸鱼，3. 鲨鱼。 4.狮子， 5. 老虎。狮子和老虎很可能在一百年后只有动物园中人工饲养的少数几只。在未来灭绝的物种中，对人类有害的微生物将占很高的比例。这些微生物主要是病毒，细菌和真菌。一些能导致其他生物病害的线虫和昆虫也是频临物种灭绝的高危种群。未来世界的总体概况是：植物界是以人类喜爱的物种为主，昆虫和鸟类的物种和数量大幅低降低，微生物种群大范围灭迹，机器人数量大幅度攀升。; 个人分类: 地球环境|3798 次阅读|2 个评论

[论文分享]植物化石记录只能表明两次大灭绝事件: WileyChina 2016-6-8 12:08; (本文可免费下载）摘要在生命历程中，公认的有五次大的集群灭绝事件（所谓的“五次大灭绝”），即奥陶纪末期、弗拉斯阶（泥盆纪晚期）末期、二叠纪末期、三叠纪末期和白垩纪末期。它们都是由海洋化石记录识别和确定的，并且被看作全球环境突变的结果。早先证据显示，在这些灭绝事件中，陆地生物也遭受了生态失调的影响，但是它们是否经受了与海洋生物同等大规模的物种破坏还不得而知。这里我们将展示的是，植物化石记录事实上只能提供两次大灭绝事件的证据，一个是石炭 - 二叠纪过渡期，另一个是二叠纪中晚期。这个结果与海洋环境里被发现的大灭绝有明显的不同之处，表明维管植物具有特殊的从环境突变中存活下来的能力。介绍大灭绝的概念的提出最先是为了描述在相对较短的地质周期内大量生物消失的现象（ Raup 和 Sepkoski, 1982 ; Sepkoski, 2001 ; Foote 和 Miller, 2007 ）。这样的生物灭绝一般被认为是灾难事件或重大环境变化的结果，事件发生得太快，生物来不及去适应就灭绝了（ Raup, 1994 ; Jablonski, 2005 ; McElwain 和 Punyasena, 2007 ）。有很多灭绝事件被记在显生宙（ Phanerozoic Eon ）时期，但是当它们明显超出相应背景下的物种灭绝率时，例如超出了灭绝模式的置信区间（ confidence interval ）的上界时，它们只被归为重大事件状况。 Raup 和 Sepkoski( 1982 ) 用了一个简单的时间序列分析表，按科的等级来鉴别大背景下的物种灭绝程度和海洋动物群大灭绝，然后确定我们目前了解的地球生命历程中的五大灭绝各是什么。人们认为这造成了全球性影响，虽然只是依据海洋化石数据鉴定，但是它们代表着影响所有生物群的深层扰动。这些事件无疑引起了植被生态破坏 (Wing, 2004 ; McElwain 和 Punyasena, 2007 ) ，然而有观点认为植物进化枝也许比动物进化枝更具有适应此类重大事件的弹性 (Traverse, 1988 ) 。之前有植物化石记录分析似乎证实了这个观点（ Cascales-Miñana 和 Cleal, 2012 ），不过这些分析是建立在某个时期的时间性解释上，这样评估一个全面的大灭绝未免显得过于粗略。我们这里展示了一个新的对于维管植物（导管植物）化石记录在各时期、阶段解释的分析，接着展示了 Raup 和 Sepkoski 用海洋化石记录（ Raup 和 Sepkoski, 1982 ）所进行的尝试，从而独立地确定以海洋环境提供的视角下的植物大规模灭绝。结论正如我们所展示的，植物化石记录清晰地透露出一个与动物群（尤其是海洋生物）不同的主要集群灭绝方式。只有两次主要物种灭绝能够在植物科被发现，而其中仅有一次是与海洋环境中的主要灭绝相吻合。维管植物在古生代后没有大的物种灭绝事件。对于许多不同类型的重大生态破坏事件（比如由大型火成岩区喷发或火流星影响导致的污染），植物类比动物类的适应和恢复能力强得多。另一方面，植物类倾向于被大规模地形破坏等事件影响（ Cleal 等 , 2011 ），而海洋栖息地受这方面影响有限。这里我们需要考虑另一个重要的时间衡量因素：如果生态破坏的持续时间不超过植物散殖体（种子或孢子）的生命力的承受度，植物就有潜力恢复（ Traverse, 1988 ），然而相对持续时间较短的破坏反而会让动物数目减少到其物种不足以长期存活。这就提出了一个问题：如果一个事件只对一个相对有限的生物群——即使是主导化石记录观察的生物群—— 产生影响，我们真的可以称之为一次大灭绝吗？原文链接： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ter.12086/full; 个人分类: Life Science|2 次阅读|0 个评论

人类世的大灭绝: 热度 18 newlight 2015-11-2 08:40; 书名：《第六次大灭绝》(The Sixth Extinction) 作者：伊丽莎白•科尔伯特(Elizabeth Kolbert) 出版社：Bloomsbury 出版时间：2014年2月近几个星期以来，一篇发表在《自然》杂志上的地质学论文在英国媒体上引起颇多讨论，两位英国科学家西蒙•路易斯(Simon Lewis)和马克•马斯林(Mark Maslin)用各种数据分析了一个以人类为主宰的地质年代：“人类世”(anthropocene)的起点问题，他们的结论是1610年最符合条件，因为在这一年，人类对全球自然环境产生的巨大冲击第一次被记录了下来。他们提出的论据之一，是通过化石研究发现来自美洲的植物花粉1610年左右首次在欧洲出现，原因是美洲大陆被欧洲殖民者发现之后，通过往返大西洋的船只，欧洲的动植物被运到了美洲，而美洲特有的动植物，比如玉米，也被带回了欧洲，浩瀚的海洋已无法保证两大洲生态的隔绝。第二个也是更为关键的论据，同样和欧洲殖民者对美洲的入侵和开发有关。对生活在美洲大陆的原住民来说，欧洲殖民者的到来是一场灾难。殖民者们不仅残杀奴役原住民，抢夺他们的资源，还让原住民传染上了他们从未遭遇过、也没有免疫力的烈性传染病如天花等，在短时间内造成约五千万原住民死亡。大批农田被废弃之后重新被森林覆盖，造成了大气层中二氧化碳浓度明显下降。因为这些原因，在地层记录中，出现了一个被称为“金钉子”(golden spike)的断代界线，可以作为人类世的开始。人类世的概念最早是由荷兰化学家、诺贝尔奖得主保罗•克鲁岑(Paul Crutzen)提出的。据他所说，在一次会议上，主讲人反复提到现在地球处于地质年代中的全新世(holecene)，一个覆盖了从1万8千年前到今天的地质年代。听着听着克鲁岑实在受不了，脱口而出：“等一下，我们已经不是在全新世了，现在我们是在‘人类世’！”他随后写了一篇名为《人类地理学》(Geology of mankind)的文章刊登在2002年的《自然》杂志上，正式提出了人类世的概念，指出人类已经在土地使用、河流改道、土壤成份、水资源使用上大大改变了地球环境，更为重要的是，人类活动改变了大气成份，工业化让温室气体排放加剧，造成了全球的气候变迁。人类世的概念现在已渐渐被接受，但是人类世从何开始，却有许多不同的观点，许多人提出把1945年第一颗原子弹试爆作为人类世起点，有些则认为人类世的起点是工业革命或是农耕活动的开始，还有建议把两千年前世界古代文明的鼎盛期作为起点的。路易斯和马斯林则提出如果以地质学证据为依据，1610年更符合人类世起点的条件。让人感叹的是，如果这两位科学家的观点成立，那么人类世——这个人类改变地球的时代的起点，竟然伴随着五千万人的死亡。在这之后的四百多年内，地球上的有无数生物直接或间接地因为人类活动的影响而遭遇灭绝的命运，我们不得不提出一个让人惊心的问题：人类活动会不会最终造成地球生物的大规模灭绝，导致人类世的终结？去年出版的《第六次大灭绝》( The Sixth Extinction )谈的就是这个问题。本书作者伊丽莎白•科尔伯特(Elizabeth Kolbert)是《纽约客》杂志的全职作者，还曾担任《纽约时报》记者多年。她长期关注环境问题，前作《灾难现场笔记》( Field Notes from a Catastrophe )讲述的是人类活动与气候变迁的问题，在为写作《第六次大灭绝》做准备时，她走访了世界各地许多地质学、考古学研究地点以及濒危动植物保护场所，与研究人员、物种与环境保护活动人士交流，有时候还和他们一起参与科研或保护活动，搜集资料之细致、采访工作之深入，很有《纽约客》文章的特色。本书分为两大部分，第一部分回顾对地球生物史上五次大灭绝的研究活动，在第二部分中，作者描述了世界各地濒危物种所面临的险境以及抢救努力。难得的是科尔伯特对复杂的科学概念和理论有很好的掌握，又能清晰的表述出来，同时加入采访过程中许多有趣的观察，娓娓道来，引人入胜。例如前面提到克鲁岑在开会时想到人类世概念的戏剧性情节，就是他亲口说出来的。十九世纪前还没有物种灭绝这一概念，当越来越多的化石被挖掘出来，显示地球上曾经存在过人类从没见过的生物时，人们才开始思考如何解释物种灭绝的现象，在这过程中，出现了灾变论和渐变论之争。灾变论的代表人物是十九世纪法国解剖学家和古生物学家乔治•居维叶(George Cuvier)，他认为物种灭绝是由突发性的灾难事件如地震、火山或洪水等引发的，这些灾难重复发生，不断导致物种灭绝。均变论者则认为地球历史是一个极为漫长的过程，塑造地球历史的力量从远古到今天并无改变，通过长时间的作用缓慢地影响物种的生存灭绝，而不是以灾难方式造成物种灭绝。均变论的重要叙述者、十九世纪英国地质学家查尔斯•莱尔(Charles Lyell)，和达尔文是好友，进化论提出物种因不适应环境的变化，失去生存竞争力，最终导致灭绝，这一过程和均变论十分吻合。从十九世纪中期到1980年代，均变论一直古生物学的主流理论。但是均变论一直无法很好地解释地球历史上的五次大规模灭绝，其中最著名的是白垩纪—古近纪大规模灭绝事件。在那次灾难中，曾经横行地球的恐龙全部灭绝，事实上当时地球上所有体积大于猫的生物全都灭绝了。 1980年美国地质学家沃尔特•阿尔瓦雷斯(Walter Alvarez)和他的父亲路易斯(Luis Alvarez)共同发表了一篇论文，在地质学界内外引起了轰动。他们通过分析意大利古比奥(Gubbio)地区的古岩石层，发现在白垩纪—古近纪交界的岩层与邻近其它岩层相比，微量元素铱的含量高出很多。父子俩提出的假设是在约6千5百万年前、白垩纪的末期，发生了小行星撞击地球的事件，造成了生物的大规模灭绝，同时富含铱元素的小行星被撞碎，粉尘飘扬到大气层中，散落到世界各地，以后就形成了一个富含铱元素的沉积层。恐龙灭绝和小行星撞地球联系在一起，非常富有戏剧性，引起了各界极大的兴趣。虽然一开始许多古生物学家对这一观点非常不以为然，但是后来出现了越来越多证据支持这一假说，例如富含铱元素的白垩纪—古近纪岩石层从三处增加到了十几处，属于这一时期的冲击石英，即因高压冲击而发生结构变化的石英，也被发现了，支持小行星撞地球说。顺着冲击石英的线索，阿尔瓦雷斯在1990年代初找到了位于墨西哥尤卡坦(Yucatán)半岛、直径达一百五十公里的陨石坑。现在这一理论已经成为主流，当然也做了一番自我修正：小行星撞击本身并没有马上让全球生物灭绝，而是撞击扬起的尘土长期悬浮在大气层内，遮挡了阳光，形成了“核冬天”，造成大规模灭绝。现在大部分古生物学家接受一种灾变论和均变论结合的理论，即在地球生命史上，大部分时间的发展是平稳缓慢的，遵从进化论规律，但偶尔会出现极其剧烈的事件，造成生物物种的大规模灭绝。当然并不是每次大规模灭绝事件都是由小行星撞击地球引起的，阿尔瓦雷斯曾做过这方面的尝试，却找不到证据。《第六次灭绝》提到在1980年代，当中国与海外的学术合作还非常罕见时，阿尔瓦雷斯就想办法搞到了采自中国南部的二叠纪—三叠纪岩石层样本，却发现其中的铱元素含量并不比邻近岩层的高。目前较为流行的解释是奥陶纪—志留纪大规模灭绝的直接原因是冰川化，而冰川化的原因有可能是因早期陆地苔藓的出现，吸收了大气中的二氧化碳造成气温下降。二叠纪—三叠纪大规模灭绝的原因也可能和气候有关，当时大气中二氧化碳浓度大幅提高导致气温上升、海水酸化，几乎90%的物种在这次大规模灭绝中消失了。《第六次灭绝》中提到的物种大规模灭绝的种种理论并不新鲜，但是科尔伯特把这一研究过程写得十分生动有趣，犹如曲折的探险故事一般。当然作者的目的是为了回答“会不会出现第六次灭绝？”这个问题。目前我们至少可以了解两点：第一是气候的剧烈变化，不管是升温还是降温，二氧化碳含量上升还是下降，都有可能引发大规模灭绝；第二是大规模灭事件不遵守进化论原则，物种能否逃过这一劫，往往靠运气，一些通过长期进化而非常适应环境的物种，可能在很短时间内就无力生存。令人担忧的是，在今天的人类世，这两个条件似乎都具备了。科尔伯特走访了世界各地的科研人员和参与物种与环境保护的活动人士，向读者呈现了许多各有特色却同样令人忧虑的故事。有些物种很明显正在遭受灭绝厄运，例如巴拿马中部埃尔巴耶(El Valle)的金色青蛙，原来在当地十分常见，一条小河甚至就叫“千蛙溪”。然而在短短几年之内，野生的金色青蛙却几乎见不到了。要看还活着的金色青蛙，只能去由当地的两栖动物保护中心，在那里金色青蛙与外界环境严格隔离，因为导致金色青蛙死亡的是从外地传来的一种真菌，附着在他们的皮肤上，干扰了通过皮肤调节体内电解质的过程。这种真菌是自然的产物，但是它们能通过远距离高速传播，却和人类活动息息相关，可以说人类的快速流动，加快了金色青蛙以及其它两栖类生物的灭绝速度。另一些物种正面临的灭绝危险却不那么显而易见。自工业革命以来，因大量使用化石燃料造成二氧化碳排放一直不断增加，海水吸收的二氧化碳也在增加，其后果是海水酸化，目前海水的pH值已经从8.2降低到了8.1，受海水酸化影响最大的是贝类生物以及珊瑚的钙化过程。珊瑚被称为海洋中的原始森林，大量的海洋生物依赖珊瑚生存。如果因海水酸化导致珊瑚大规模死亡，其后果将是灾难性的。据接受科尔伯特采访的一位海洋学家称，如果海水pH值降至7.8，那海洋生态将会崩溃，以目前海水酸化的速度，这个临界点将发生在2100年。阅读《第六次大灭绝》时，往往觉得既生动有趣又触目惊心。许多事例说明，不管把人类世的开始定义在那一年，人类给地球已经带来的冲击是巨大而迅猛的，大气成份的改变从工业革命开始，速度还在加快，许多在人类世前生存竞争力很强的动植物忽然变得十分脆弱，其中许多已经灭绝，其速度之快已远远超过了物种灭绝的“正常速度”。这些情景与前五次大灭绝有许多相似之处，根据以往经验，如果真的出现第六次大灭绝，人类不仅可能是起因，而且本身也可能是受害者，相信这就是作者希望给我们传达的信息。《经济观察报·书评增刊· 人类世的大灭绝》; 个人分类: 科学图书|8496 次阅读|19 个评论

人类会亘古长存吗？: 热度 43 Wildbull 2014-7-22 08:32; 相信很多人都思索过我们人类自身的命运，它会亘古长存吗？然而，地球生命的演化历史却告诉我们，“创造、进化与毁灭”才是地球系统之永恒的生命旋律！如果你问：是否有诞生以后永不灭绝的物种 ? 答案是否定的。据估计在地球的生命历史中，超过 90 以上（可能接近 98% ）的物种都已经灭绝了（ Gastonand Spicer 2004 ）。一、生命的宏观演化—地球上物种的吐故纳新 1. 物种的自然寿命—一般 100 万～ 2000 万年既然物种总会绝灭，那到底一个物种可以持续多久？这似乎也不是一个容易回答的问题。这首先需要解决如何确定一个物种在自然界中的寿命，很显然，迄今为止最好的一个办法就是根据化石记录。一般来说，可将某个物种的化石在地质历史时期的跨度作为该物种的自然寿命。譬如，某种螺类最早的化石出现在距今 1310 万年前，消失于距今 1230 万年前，因此估算其寿命约为 80 万年（图 1 ）。当然，有学者认为这种依赖于化石的估计可能偏向于寿命长的物种，以此来推算所有物种的平均寿命可能导致平均寿命的高估（ Belk and Borden 2004 ）。当然，根据化石推算的物种寿命可能被该物种更早或更晚的化石的出现而改写，此外，也不一定所有的物种都会保留清晰完整的化石。图 1 物种寿命的估算。这些化石贝壳的年龄是通过包埋它们的岩石的放射性测年来确定的（引自 Belk and Borden 2004 ）。基于来自各种类群（海洋和陆地）的化石证据，估计一个物种的平均寿命大约为 500 万 -1000 万年（ May et al. 1995 ）。也有认为这个数字约为 100 万年（ Belk and Borden 2004 ）。而从表 1 可以看出，不同类群的物种的寿命差异很大，海洋生物的寿命（ 670 万 -2500 万年）比非海洋生物的寿命（ 100-400 万年）要长得多，这可能反应了海洋环境相对稳定有利于物种的生存，而陆生环境变化相对剧烈，物种容易绝灭。表 1 估算的化石物种的平均寿命类群寿命（百万年）海洋 Marine 珊瑚 Reef coral s 25 双壳类 Bivalves 23 底栖有孔虫类 Benthic foraminiferans 21 苔藓虫类 Bryozoa 12 腹足动物 Gastropods 10 浮游有孔虫类 Planktonic foraminiferans 10 海胆类 Echinoids 7 海百合类 Crinoids 6.7 非海洋 Non-marine 单子叶植物 Monocotyledonous plants 4 马 Horses 4 双子叶植物 Dicotyledonous plant s 3 淡水鱼类 Freshwater fish 3 鸟类 Birds 2.5 哺乳动物 Mammals 1.7 昆虫 Insects 1.5 灵长类 Primates 1 （引自 McKinney 1997 ） Raup （ 1994 ）统计了 17500 个海洋化石动物属的寿命，发现大多数属的寿命在 2000 万年以内，而少数属的寿命很长（图 2 ），但与地球生命的历史相比，没有属能幸存很长的时期，最长的虽然可持续 1.6 亿年，但也只有生命历史的约 5% （ Gaston andSpicer 2004 ）。图 2 已经灭绝了的 17,500 个海洋动物（脊椎动物、无脊椎动物和微体化石）属的寿命（仿 Raup 1994 ） 2. 成种的时间—一般 10 万～ 500 万年迈尔（ 2008 ）认为，控制成种事件速度的主要是生态因素，而不是所谓的“突变压力”，当物种被地理或生态屏障隔离时，而且该物种很少有基因流动时，成种事件就会非常迅速和频繁，而在通畅的大陆成种事件则很少。一般估计，从一个祖先开始，大概要用 10 万～ 500 万年的时间才能演化出一个彼此生殖隔离的后裔物种（科因 2009 ）。但是，迈尔（ 2008 ）认为，在化石基础上对成种事件平均速度的计算可能会导致错误的估计，因为化石记录的主要是分布广泛的群体，这些群体通常有很长的生命周期，因此成种事件的速度很慢。马拉维湖中的丽鱼是一个快速的物种分化（同域分化）的案例，仅在过去 70 万年间，就从单一的丽鱼祖先衍生出 400 多个新物种（ Danley Kocher 2001 ）。但是，也有相反的例子：北美东部存在的一些植物（包括臭菘），也存在于东亚的一些地区，两个大陆的群体不仅在形态上没有什么区别，虽然分离了 600 ～ 800 万年，但还可以相互交配（迈尔 2008 ）。虽然化石证据存在不足，但如果都用化石进行比较，还是会有一定的参考价值，即物种的化石寿命要显著高于化石成种时间。这也符合地球上的物种多样性正在日益增加的宏观演变趋势。 3. 维管束植物的演化与更替—从蕨类到裸子植物再到被子植物高等植物依据结构、繁殖特性等的不同，分为苔藓植物、蕨类植物（又称羊齿植物）、裸子植物和被子植物。蕨类植物、裸子植物和被子植物又称为维管束植物。绿色植物在水陆之间的界限分明：低等植物统治水体，高等植物统治陆地。植物的演进还留下了不可磨灭的生态历史足迹，漫长的结构和功能演化叠加在明晰的生态适应目标之中。高等植物的演化与更替反应了其从适应水生逐渐向适应陆生的转变过程。苔藓类的维管系统发育很不完善，因此它们局限于在潮湿的环境中生存。维管束植物体内有输送水分和养分并具有支撑作用的维管系统的存在。蕨类植物是早期登陆的原始的维管束植物，由于其输导系统的效率不高，一般也难以在干旱环境中生存。裸子植物形成花粉管和种子，花粉管的出现使受精作用摆脱了对水的依赖，这对适应陆生环境具有重要意义，而被子植物是现代植物界中最高级和最繁荣的一个类群，因其具有真正的花，故又称为显花植物。被子植物对陆地生活方式的适应最为完善，它们甚至能在极干旱的荒漠地区生存。此外，为了适应陆地生活，陆生植物的外表还演化出角质层，以减少水分的蒸发，仅通过较小的气孔吸收光合作用的必需底物— CO 2 ，并通过根系和导管弥补蒸腾引起的水分损失。在古生代（ 6.0 — 2.3 亿年前），植物由水生登陆后演化出蕨类，裸子植物步入缓慢的发展；中生代（约 2.3 — 0.65 亿年前）蕨类植物显著衰退，裸子植物迅速扩展，取代了蕨类植物的优势地位；在新生代（ 6500 万年至今），被子植物迅速扩展，裸子植物逐渐衰退，蕨类植物的分布范围也进一步缩小，并多限于温暖地区，世界上第一次出现了百花争艳的景象，被子植物极度繁盛，植物界迎来了它的新霸主（图 3 ）。图 3 泥盆纪以来维管束植物的多样性，虽然不同的时期不同类型的植物占优势，总的多样性增加了（ Jeffries 2006 重绘自 Groombridge1992 ） 4. 动物群的演化与更替—大爆发与大灭绝动物也有高等和低等之分，前者指脊椎动物，后者指无脊椎动物，这就类似于高低等植物以维管束的有无为重要特征一样，脊椎和维管都是重要的支撑系统，是动植物得以大型化的结构基础。与植物明显不同的是，低等动物和高等动物无论在水体还是在陆地，都是生态系统重要的结构成分。与植物类似，动物在结构上的演化也经历了从小型到大型、从简单到复杂的历程，只是动物的演化历史似乎更为曲折与精彩。在古生代早期（寒武纪和奥陶纪），无脊椎动物在海洋中一统天下，随着“掠食者”的出现，生物界开始进入弱肉强食的残酷时代。在古生代中期（志留纪和泥盆纪），植物和无脊椎动物（昆虫）登上陆地，鱼类统治了海洋，在泥盆纪晚期，从鱼类进化出两栖类，脊椎动物开始登上陆地。在古生代末期（石炭纪和两叠纪），栖居水边沼泽中的两栖类称霸地球，并继续向爬行类演进。在中生代，爬行类的恐龙横空出世，动物界迎来了新霸主。进入新生代，恐龙日益衰落，并几乎灭绝，同时，披上毛发的恒温动物—鸟类和哺乳类开始繁荣，成为了动物世界的新霸主。与植物学家略有不同，动物学家将历史上统治地球的动物类群大致按地质年代的先后可分为三大类—寒武纪动物群（ Cambrian fauna ）、古生代动物群（ Paleozoic fauna ）和现代动物群（ Modern fauna ）。按照这种分类系统所看到的动物类群演化与更替的一个最大的特点就是大爆发与大灭绝。在距今约 5.3 亿年前（寒武纪），绝大多数无脊椎动物门（节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等）在几百万年的短时间内出现了，而没有在寒武纪之前更为古老的地层中出现，被称作“寒武纪生命大爆发”。大约 0.6 亿年以后，出现了古生代动物群。但是， 3 亿年后，出现了二叠纪大灭绝（ GreatPermian extinctions ），接着又出现了三叠纪生物大爆发（ Triassic explosion ），由此演化出现代动物群（ Purves et al. 2007 ，图 4 ）。为何在寒武纪早期发生持续时间很短的结构创新大爆发呢？迈尔（ 2010 ）认为，之所以发现了很多新的化石，是因为这些化石动物都有骨骼，而它们的那些软体祖先可能无法石化，而且可能个头太小，无法在地层中留下痕迹，因此，这么多门类表面上的突然同时出现或许只是个假象而已。除此之外，后生动物早期进化速度太快也可能是一个原因：当一个身体构型内的整合还足够疏松时，往往允许大的创新发生。当然，这都只是猜测而已，难以证实。有证据表明，地球曾经历过 5 次大灭绝事件，其中 50-90% 的物种在数千年到数十万年期间灭绝了（ Belk and Borden 2004 ，图 4 ），其中，二叠纪大灭绝（距今约 2.5 亿年）为有史以来最严重的大灭绝事件，堪称地球历史从古生代向中生代转折的里程碑。据估计，在这次大灭绝中，地球上有 96% 的物种灭绝，其中 90% 的海洋生物和 70% 的陆地脊椎动物灭绝。三叶虫、海蝎以及重要珊瑚类群全部消失，陆栖的单弓类群动物和许多爬行类群也灭绝了，生态系统获得了彻底更新。图 4 三个大的进化动物群的代表以及地质年代中每个动物群的科的数目（引自 Purves et al. 2007 ）据称，每一次大灭绝后，物种多样性经过 500 万年— 1000 万年都不能恢复到灭绝前的水平，而且后来的物种也与灭绝前的物种非常的不同（ Belk and Borden 2004 ）。历史上的生物大灭绝可能源于巨大的地球环境灾变—譬如由于气候波动导致的海平面变化或者起由于地球构造板块运动引起的海洋和地形的变化，等等。许多科学家担忧我们可能正在见证第六次生物大灭绝，而引起这个灭绝的无处不在的全球变化却是人类活动（ Belk and Borden 2004 ）。二、创造与毁灭—轨迹不同的轮回 1. 地球环境—永恒变化但不可预测我们不能忘记，如今我们生活的这个绚丽多彩的生命世界其实是地球环境在漫长的地质岁月中艰辛演化的产物。因此，生命的演进模式必定是适应地球的结构与环境演化轨迹的结果。那地球环境是如何演化的呢？十八世纪，苏格兰地质学家赫顿（ Hutton J, 1726-1797 ）提出地球历史没有方向，只是不断重复自我创造与毁灭的轮回，无始无终。十九世纪，一个名叫赖尔（ Lyell C, 1797 ～ 1875 ）的英国律师在其著作“ Principles of Geology ”中重新提出了赫顿 50 年前地球不断规律变化的学说，他不同意赫顿提出地球整体经历创造及毁灭循环的说法，认为地球不断在进行局部改变，这里侵蚀，那里爆发，并无一定方向，且历时久远，不可想象。毋容置疑，地球的结构及其环境处于永不停息的变化之中，但却充满着偶然与随机，几乎不可预测，当然，这并不否认人们对一些很短期的自然过程的可预测性。我试图询问一下这样的问题：谁能说清楚寒武纪以来的陆地板块为什么以这种方式崩析、组合和漂移？谁又能说清楚未来的 5 亿年陆地板块将会以怎样的模式运动和变化？世界除了永不停息的变化外，还可能有其它事物能够永恒存在吗？ 2. 物种更替—休克式的毁灭地球上的生命以何种形式进行毁灭与更替？是均衡渐变式还是集中突发式？大量的地质历史证据表明，物种的更替采取了一种剧烈的节律性的脉动模式：自古生代的奥陶纪以来，地球曾经历过 5 次大灭绝事件： 1 ）距今 4.4 亿年前的奥陶纪末期，约 85% 的物种灭绝； 2 ）距今 3.65 亿年前的泥盆纪后期，海洋生物遭遇灭顶之灾； 3 ）距今 2.5 亿年前的二叠纪末期，超过 95% 的地球生物灭绝； 4 ）距今 2 亿年前的三叠纪晚期，爬行类动物遭受重创； 5 ）距今 6500 万年前后白垩纪晚期，侏罗纪以来称霸地球的恐龙几乎绝迹。生物大灭绝的一个特点就是突发性—在地球经历过的 5 次大灭绝事件中， 50-90% 的物种在数千年到数十万年的“短”时期内灭绝了（ Belk and Borden 2004 ）。这简直就是一种休克式的灭绝！这可能折射出这样一个事实，即地球环境的变化并不温和—长期缓慢的变化夹杂着若干次重大灾（巨）变！大多数海洋动物属的寿命在 2000 万年以内（ Raup 1994 ），而陆生动植物的寿命仅有 100-400 万年（ McKinney 1997 ）。显然动物的平均寿命特别是陆生动植物的寿命远短于大灭绝的间隔期，这似乎意味着，绝大多数动植物的适应与进化难以应对周期性的环境灾（巨）变，这反过来也许是地球上的生命反复出现休克式毁灭的原因之一。比较 3 和图 4 不难看出，动物界对灾变更为敏感，反应更为剧烈，物种的更替也似乎更为彻底。而高等植物则表现出了更强的整体稳定性与可塑性，似乎沿着一条明确的进化路线（蕨类 → 裸子植物 → 被子植物）“毫不动摇”地演进。从这点来看，与动物界相比，植物界似乎对地球环境的周期性波动具有更好的适应性或耐受性，整体上呈现出一种宏观性 K- 选择者的特质，也显示出它们的生活史策略在进化上的成功；而动物界则是大起大落，整体上像个不太成功的机会主义的 r- 选择者！其实这不无道理，如果将较大型的高等动植物进行比较，植物体型更大，寿命更长，种子的休眠（而哺乳动物的胎生几乎使其休眠能力丧失殆尽）与抗逆性更强 …… 这些都使得植物在进化策略上更像 K- 选择者，而地球环境的巨变好像也在它们整体能够适应的范围之内。其实，被子植物的类型也十分多样，从草本到灌木到高大的木本，具备各式各样的生态对策。 3. 适应悖論—复杂的毁灭 1 ）生命表型“进”“退”自如—可能因为基因喜欢插入和缺失从本质来看，生命为了应对不断变化的环境而进行的对自我（结构与功能等）进行不断修正和适应是通过基因的变化来实现。有意思的是，在原核生物经历了极其漫长的地质岁月艰苦地完成了支撑所有生命基础的基因原始创新之后，真核生物则选择了一种快速而便捷的方式来实现基因的改变，即主要是通过积木式的拆拼来实现功能的删除或添加或叠加，而这主要是通过有性生殖（或许关键在于减数分裂同源染色体的联会与频繁的遗传重组）的平台来实现的。为何生命能“进”“退”自如，即既能复杂化也能简化？这可能源自有性生殖中细胞减数分裂的特性—喜欢玩耍基因的插入和缺失，由于表型来自基因，因此基因的插入和缺失就意味着表型的添加和丧失。这种改造方式不仅便捷快速，而且相对安全。胚胎的相似、重演和痕迹结构在某种程度上来看，是一种个体发育重演了系统发生的过程，也是这种生命拼接式叠加与传承模式的缩影或写照。一种解释是，因为受遗传控制的发育程序无法省去这些含有祖先生理结构的发育阶段，而且在后面的发育阶段中不得不改变这些结构，以便使它们适应新的生命形式，即胚胎中祖先器官的出现成了确保重构器官发育的内在程序（麦尔 2010 ）。按照弗朗索瓦 ∙ 雅各布的话说，大自然是出色的修补匠，而不是高超的发明者（古尔德 2008 ）。 2 ）温和的完美—复杂的毁灭，简单的永生在较为温和（相对于灾变来说）的生存环境中，有性生殖堪称“完美”，创造出了各式各样的无与伦比的精美的生命形式，好像无所不能，但为什么（特别在动物界）还会一次又一次地遭遇地质历史时期生物物种的休克式大灭绝？为什么生命经历如此惨烈的灭绝之后还留下了可以燎原的火种？依我之愚见，在允许复杂化的生命舞台上（譬如掠食者与猎物系统），表型的适应就像一台欲望无尽的游戏，或许出于一种生命自私的本能，无论是在无情且无奈的达尔文式自然选择压力下，或是拉马克式“完美”适应欲望下，一些强者（如猎食者）欲变为更强者，对万物的控制欲望催生更加或过于复杂的遗传调控机制，其结果可能是这些“王者”获得了对温和的环境变化具有强适应力的同时，却失去了对灾变环境（往往是非生物）的抵御能力，因此它们往往难逃灭绝的噩运。从遗传本质上来看，有性生殖通过基因不断堆积来创造变异与适应（最终新物种）的方式，不可避免地会导致基因组、表型、结构与调控的过度复杂化以及体型的过度大型化，这就埋下了致命的隐患。基因及其调控还有生命整体绝不可能趋于无限复杂，终究会将发展途径自我阻断，使某个方向的进化嘎然而止。结构复杂的动物个体（可视为中尺度上的 K —对策者）对中度以下的环境波动具有完美的缓冲性，但是，这已牺牲了它们的繁殖速率，也牺牲了它们更广泛的变异能力与适应范围。因此，一旦遭遇到环境灾（巨）变，复杂的生命往往难以进行大幅度的改变与适应，不可避免地遭受灭顶之灾！庞然大物恐龙的灭绝就是一个活生生的悲惨案例。我推测，生命特有的这种不断复杂化的遗传进化方式可能是导致这种灭绝的内在机制之一。这种现象常常被直生论者称为“内部完美原则”或内在的“种系动力”，但我不完全同意这种神话般的本性或种系动力的说法，我认为，最初是为了适应，但是由于这种适应的创造方式使机体越来越复杂，逐步降低了机体的可塑性（这与生态系统的复杂性与可塑性的关系完全不同），最终在环境巨变来临时惨遭灭绝！ 3 ）古老的简单—永恒的生存早期动植物体积微小，结构极为简单，分化的细胞类型也极为有限，遗传调控机制也应该相对简单。一些简单而低等的生命（如细菌、蓝藻等），虽然甘为他人做嫁衣，角色也不华丽，但是凭借着不起眼的变异能力加上超强的繁殖力（ r- 对策），却能长期占据属于它们的那一份舞台，而近乎永恒地留在了地球生命的历史舞台上！这似乎是一种“以不变应万变”，或以小变（或快变）应大变的生存机制！或许正是这些较低等生物顽强的生命力使它们在地球生命经历大的灾难后的恢复与重建过程中起到了至关重要的作用，因为它们默默无闻的先锋与开拓作用以及卓越的创造复杂的能力，才可能为更高级生命（特别是一些却后余生者）的重新登场与进化奠定了基础。灾难之后，这些卑微者将重新制造或迎接一批批新的统治者的喧嚣登场，目睹它们之间残酷的争斗，直到下一次大灾难来临，世界又彻底恢复寂静，它们又开始收拾残局，艰难地铺垫新的进化之旅，送迎一批又一批热热闹闹登台表演的“明星” …… 如此循环往复。谁会是那些却后余生者呢？美国古生物学家柯普曾提出了一个很有意思的“非特化法则”： 1 ）地质时代中高度发展、特化的类群，并未孕育出下一代的类型，相反，后代主要从前代的非特化祖先那里获得进化的原动力，这些非特化的种类往往对栖息地和气候具有更广泛的适应性； 2 ）而各个时期特化的种类通常无法适应新时代的变化，这些变化对于大体型通常造成严重的后果，因为它们需要大量的食物，食物缺乏时，小型种类可以生存，大型的就遭到消灭； 3 ）杂食性的动物可以继续生存，但需要特殊食物的种类就会死亡； 4 ）非特化的种类，体型都不大，哺乳纲源于小体型的祖先，其它脊椎动物也一样（古尔德 2009 ）。 4. 生命的演进—不喜欢简单重复物理世界的内在驱动力就是以惯性（牛顿）质量为基础的吸引力与排斥力的对立统一，外部表象即相对的运动与静止，总体演化方向是从有序趋于无序。而生机勃勃、充满着奇异的有机世界除了蕴含无机化学的吸引与排斥、运动与静止外，其内在的核心驱动力就是遗传与变异的对立与统一，并呈现出多重相互对立的外部表象—追捕与逃亡（行为）、进化与退化（器官）、出生与死亡（个体）、诞生与灭绝（物种） …… 等等。但是，生命系统演化的总体方向是从无序趋于有序、从简单趋于复杂或多样。自然界是由生命—化学—物理系统相融与镶嵌而形成的统一体，换言之，生命系统是与地球环境长期协同演化（进化）而来的产物，这是无可争议的事实之一。另一个不可争议的事实是进化在整体上并未以一种稳定可预测的方式运行与发展。试问，一个（整体）不可预测的地球环境怎能创造出一个（整体）可预测的生命系统？不同于非生命的封闭系统（那里变化趋于复杂性减少、失去秩序、衰变退化 ∙∙∙∙∙∙ ），开放的生命系统，在太阳辐射和水的联合驱动下，不断地重复着从简单到复杂、从无序到有序、从非平衡到相对平衡（从生态系统功能的角度）并且有机的物质与能量不断积聚的演进过程，这种演进以条件约束式的自发、自组织为特征（可谓“杂而不乱”）。当然，不同地质历史时期的无序、简单与非平衡的起点可能会很不相同。总体来看，条件约束型的演化过程或格局在精细的较低级生命层次（如物种）上趋向于更为随机性和不可逆性，而在宏观的较高级的生命层次（如地带性植被）上则趋向于更为决定性与可逆性。从遗传的角度来看，生命对环境的适应与进化是物种基因库被生态力量—气候、地理或生物间关系（在相当程度上随机地）选择的结果。生命擅长用简单的创造原理制造表型复杂的生命，在经受大自然一次又一次的惊涛骇浪的洗礼之后，又顽强地（虽然或多或少随机地）进行着生命系统的重塑和进化。但是，物种基因库的复杂性（譬如人类的基因数多达 2 ～ 2.5 万个）从概率上来说使生命演化的精确重复几乎不可能。换句话说，如果地球再一次推倒重来，重新回到细菌的时代，再经过几十亿年，人类重新出现的几率就几乎不会存在，但也无法否认或许会演化出比人更聪明的物种。著名的比利时古生物学家路易斯 ∙ 多洛曾提出“进化的不可逆”观点，认为基本的或然性就可以保证趋同绝不可以产生任何完全相同的东西。生物不可能抹去过去的痕迹。两个谱系的生物可能会发展出表面上明显的相似性，并适应相同的生命模式。但是生物含有非常多的复杂、特有的部分，根本不存在进化两次而导致一种完全相同结果的机会。进化不可逆，祖先的标记永远保留着，而且无论多么趋同给人留下多么深刻的印象，总是表面的（古尔德 2008 ）。生命演化的历史明晰地告诉我们，生命进化的总体趋势是必然的，但运行的具体轨迹却充满着随机、偶然和不可预测性。虽然地球生命系统在地质历史的长河中经受了若干次重大的洗礼，但又顽强地且不可逆地向新的生命系统方向挺进。结语自然界不会设计永生的生命，也不可能设计永生的物种。人类如同其它一切物种一样，其终极命运只有两个：要么彻底灭亡，要么消逝于变化之中(由有性生殖的本质所决定) 。从这种意义上来说，解释生命进化的所有的“适应”或“完美”都是相对的或短暂的，周而复始的创造—进化—毁灭才是永恒的生命旋律。借用考克斯和穆尔（ 2007 ）的说法：“绝灭不是规范的一个例外，它是经常变化着的生命格局的一定特征”。主要来源：谢平. 2013. 从生态学透视生命系统的设计、运作与演化—生态、遗传和进化通过生殖的融合. 北京：科学出版社（英文： Xie P. 2013. ScalingEcology to Understand Natural Design of Life Systems and Their Operations andEvolutions – Integration of Ecology, Genetics and Evolution through Reproduction. Beijing: Science Press）引述该博文的相关内容时，请引用该专著。; 22084 次阅读|95 个评论

地幔柱、大火成岩省和重大环境灾变之间的关系(最新Nature文章): 热度 1 chunyinzhou 2011-9-16 22:26; 地幔柱、大火成岩省和重大环境灾变之间的关系（周春银编译；原文出处： Nature 杂志）（ from http://www.nature.com/nature/journal/v477/n7364/full/477285a.html ） These rocks form part of a gigantic volcanic area that erupted 250 million years ago contemporaneously with the end-Permian mass extinction. A new study by Sobolev et al . 1 suggests that incorporation of large amounts of ocean-crust material in the erupting magma would have generated huge volumes of gases capable of triggering this environmental calamity. 【导读】地幔柱、大火成岩省以及它们和地球历史上的大灭绝事件之间的关系，一直都是地质历史学家感兴趣的话题，针对这些具有非常多争议的课题，很多学者发表了不同的观点，有些观点甚至是完全相左的。 Stephan Sobolev 等科学家提出了相关的岩石学证据证明在地幔柱头冠中存在大量的高密度大洋地壳物质，并结合他们的模型，认为在主火山作用之前这些大洋地壳物质脱气产生的 CO 2 和 HCl 气体就足以引起大灭绝。详细报道见 9 月 15 日最新一期《 Nature 》文章。【原文摘要】大火成岩省（ Large igneous provinces ， LIPs ）由于其能够快速产生大量（在少于 1 百万年的时间内产生高达几百万立方千米）的岩浆（ 1 ）、造成岩石圈的明显减薄（ 2 ， 3 ）并经常以大陆裂解而告终、以及其和全球重大环境灾变之间的关系（ 4 ， 5 ）而为我们所熟知。尽管 LIPs 非常重要，但是即使围绕着其基本观点，即 LIPs 在热地幔柱的头冠中通过熔融而形成，也存在着争议（ 2 ， 3 ， 6-10 ）。二叠 - 三叠纪的西伯利亚地盾（ Siberian Traps ）（ 11 ），典型的 LIPs 例子和最大的大陆 LIP （ 1 ， 12 ），位于巨厚的克拉通岩石圈之上（ 1 ， 12 ），并和最大规模的著名大灭绝事件（ 1 ）是同时的。但是并没有证据显示如推测在地幔柱头冠之上（ 2 ， 6 ， 9 ）存在岩浆前隆起（ pre-magmatic uplift ）或巨大的岩石圈伸展（ 7 ）。而且，西伯利亚地盾的岩浆 CO 2 脱气作用被认为并不足以导致气候危机（ 13-15 ），从而推得一个假设即沉积物堆积所释放的热成因气体导致了大灭绝（ 15 ， 16 ）。本文我们展示了在地幔柱头冠中存在大量（ 15 wt% ）高密度再循环大洋地壳物质的岩石学证据，并提出了一个热力学（ thermomechanical ）模型，该模型推测并不需要存在岩浆前隆起和岩石圈伸展作用。模型推测在在几十万年时间内存在大规模的地幔柱熔融作用以及巨厚克拉通岩石圈的不均一侵蚀作用。模型认为，仅仅是大量的 CO 2 和 HCl 脱气作用，主要来自地幔柱头冠中的再循环地壳物质，就足以导致一场大灭绝，并预计大灭绝发生在主火山作用阶段之前，这与西伯利亚地盾和其他 LIPs 地区的地层学以及地质年代学数据（ 5 ）是一致的。（参考文献见原文。） Nature 原文链接：题目： Linking mantle plumes, large igneous provinces and environmental catastrophes ： http://www.nature.com/nature/journal/v477/n7364/full/nature10385.html 另有一篇对该文的同期介绍文章： Earth science: Lethal volcanism ： http://www.nature.com/nature/journal/v477/n7364/full/477285a.html; 个人分类: 最新论文介绍|6736 次阅读|2 个评论

更多...

帐号		自动登录	找回密码
密码			注册

关闭 安全验证

标签: 大灭绝

相关帖子

相关日志

关闭安全验证