大滅絕後的生物復甦之路

2020-09-02 北京科協

地球生命演化史是一部史詩般的交響曲，既有大輻射，推動著生命多樣性發展，也有大滅絕，導致生物界一片凋零，是以一種特殊的形式推動生命的演化。


左圖：菊石。右圖：羅平生物群。
在經歷了大滅絕後，生物是如何劫後餘生再現輝煌的呢？這是當今科學界最前沿的研究熱點之一，因為它不僅使我們更深入地了解地球生命演化過程，而且對於當代人類應對自然災變也有一定的啟示。
顯生宙以來的5.41億年間，曾發生五次全球性生物大滅絕，包括奧陶紀末大滅絕、泥盆紀晚期大滅絕、二疊紀末大滅絕、三疊紀末大滅絕和白堊紀末大滅絕。五次大滅絕的起因不同，規模和影響有差別，復甦之路也不盡相同。一般而言，從滅絕到新的輝煌，都經歷了殘存和復甦過程殘存期是大滅絕事件的後續，深深地打上了大滅絕的烙印，同時，它又是隨後復甦期的先兆。歷次大滅絕後的殘存期一般有以下幾個特點：生物多樣性最低，滅絕量和新生率也最低，群落類型和生物地理區系最單調；各種生物類型中，最常見是倖存下來的殘留者，而且是曾廣泛分布的分子，但大多數分子的數量並不高；也出現了危機先驅型分子，特別是災後泛濫的物種成功地適應並佔領尚未改善的空缺生態位。
三疊紀是緊隨二疊紀後的一個時代，也是中生代第一個時代。受二疊紀末大滅絕影響，早三疊世氣候與環境仍很不穩定，且災難頻繁，是生物非常艱難的殘存階段。這一時期最顯著的生物現象是倖存者佔絕對主導地位，災後泛濫鼎盛，如雙殼類克氏蛤（Claraia）等突然開始災後泛濫，成為早三疊世最為常見的優勢分子，它們與Unionites，Promyalina，Leptochondria等屬一起組成的淺海底棲組合，廣泛出現在世界各地，並廣見於各個古緯度帶，給三疊紀蕭條已久的海底世界帶來了一絲生機。
在整個早三疊世，全球範圍內出現了煤、矽質巖、磷酸巖和生物礁沉積的巨大空缺，而一度在前寒武紀廣泛存在的微生物巖在早三疊世初期再度廣泛出現；同時，陸地上由於高大陸生植物消失，地表菌類非常繁盛，都表明當時地球環境非常惡劣。
那麼，生物是如何在這樣險惡的環境中頑強地堅守下來的呢？
科學家研究發現，雙殼類、腹足類、頭足類、節肢動物、牙形刺和脊椎動物都有鰓，即擁有相對較高的新陳代謝速率和較強的內部循環系統，因而有著比放射蟲、鈣藻、蜓類有孔蟲、海綿、四射珊瑚等更強的適應生存能力。同時，它們具有較廣泛的棲息分布，從淺海到深水盆地乃至瀉湖中都能生存，從而在面臨大滅絕的災難時，這些動物擁有較強的在絕境中生存的能力。
高溫和缺氧是兩種制約生物生存的重要因素。有孔蟲對低氧和缺氧的耐受性最強，其次軟體動物（包括腹足類、雙殼類、頭足類），而珊瑚、苔蘚蟲、棘皮動物、介形蟲和甲殼類則很難適應低氧和缺氧環境。而當高溫氣候發生時，珊瑚和放射蟲受到的影響最大，其高溫忍受上限不超過34℃，其次為甲殼類、棘皮動物、有孔蟲、頭足類，其高溫忍受上限約為36℃，而軟體動物腹足類和雙殼類具有較高的高溫忍受上限(>40℃)，介形蟲的高溫忍受上限最高，部分介形蟲可以忍受超過50℃的高溫。
還有一些生物面對難以抵禦的災難，採取了小型化的策略來應對危機。例如原生動物有孔蟲、後生動物雙殼類、腹足類、腕足動物、牙形刺、魚類等。類似的生存策略也反映在陸棲生物上，介形蟲和四足動物也向小型化發展。
顯然，較短髮育周期、較少能量消耗和低氧含量需求，使這些小型化生物在高壓環境中得以生存下來。
生物殘存還與可能存在的避難所或避難帶有關。中國科學家提出避難帶概念，認為在二疊紀末海洋水層中存在一個避難帶，許多殘存的底棲和遊泳動物恰巧處於能夠躲避災難的這個水層空間，才幸運地存活下來。
（作者單位：中國科學院南京地質古生物研究所）

相關焦點

  • 大滅絕後的生物復甦之路_政務_澎湃新聞-The Paper
    大滅絕後的生物復甦之路 2020-08-31 10:35 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 第二次生物大滅絕後 生物復甦歷經了3600萬年
    新華社南京1月20日電(記者王珏玢)記者從中國科學院南京地質古生物研究所獲悉，由中、法、英三國學者組成的團隊最近發現，發生在3.72億年前的第二次生物大滅絕，讓地球上的海洋「荒涼」了數千萬年之久。直到3600萬年之後，海洋生物才再次大規模復甦。　　這一研究，讓人類對生物大滅絕的發生和復甦機制有了更深的了解。
  • 中國科學家發現奧陶紀末生物大滅絕後的「復甦之源」
    中新網南京4月15日電 (楊顏慈)中國科學院南京地質古生物研究所15日發布消息，該所王光旭副研究員等科研工作者通過大量的調查研究，對奧陶紀末大滅絕的基本過程和型式進行了重新評估，發現奧陶紀末生物大滅絕後的穩步復甦始於志留紀伊始。
  • 二疊紀末生物大滅絕後,湖泊復甦需要多久?1000 萬年!
    2.52 億年前，地球上到處都是濃烈的臭雞蛋味，嚴重的生態危機讓地球上 80% 的海洋生物和 75％的陸地生物滅絕 ……失去生機的地球，了無生氣的湖泊，是如何復甦的？用了多長時間？答案是：1000 萬年。
  • Lethaia:奧陶紀末大滅絕後復甦—輻射期全球腕足動物
    生物大滅絕後新的演化階段是動物群再次建群（repopulation）的關鍵基礎所在。研究大滅絕後生物的復甦與輻射對揭示生物宏演化過程、規律和型式是一個不可缺少的環節。志留紀蘭多維列世埃隆期（Aeronian）是奧陶紀末大滅絕後腕足動物的首次復甦－輻射期。
  • 中國科學家揭秘二疊紀末大滅絕後的「千萬年復甦」
    從滅絕到恢復正常森林植被、湖泊海洋需要多久？來自中國的科研人員提出了一條新思路。中國科學院南京地質古生物研究所2日發布一項最新研究成果：該所研究團隊發現，顯生宙最大的生物滅絕事件——二疊紀末大滅絕(2.52億年前)之後，湖泊和森林生態系統可能都需要長達一千萬年的時間才能明顯恢復。銅川地區野外照片。
  • 科學家揭秘二疊紀末大滅絕後的「千萬年復甦」
    從滅絕到恢復正常森林植被、湖泊海洋需要多久？來自中國的科研人員提出了一條新思路。中國科學院南京地質古生物研究所日前發布一項最新研究成果：該所研究團隊發現，顯生宙最大的生物滅絕事件——二疊紀末大滅絕(2.52億年前)之後，湖泊和森林生態系統可能都需要長達一千萬年的時間才能明顯恢復。
  • 生物大滅絕後,湖泊生態恢復需要多少年?
    假如地球上演生物大滅絕，湖泊和陸地生態系統需要多久才能恢復？假如這個問題讓人難以回答，不妨把目光回溯到2.52億年前。那時，二疊紀末期的地球發生了顯生宙最大的生物滅絕事件，引發了嚴重的海洋和陸地生態系統危機，約75％的陸地生物物種消失。
  • 遠古的災難——孑遺生物和生物的殘存及復甦
    在每次生物大滅絕中，並非地球上所有的生物都遭滅絕，而總有部分生物「劫後餘生」，人們稱其為孑遺生物或倖存型物種。
  • 揭開生物復甦的神秘面紗
    二疊紀末期（2.52 億年前）發生的顯生宙最大的生物滅絕事件，引發了嚴重的海洋和陸地生態系統危機，約75％的陸地生物物種消失。那麼，大滅絕之後生態系統需要多長時間才能恢復？近期，中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱南古所）科研團隊發現，二疊紀末大滅絕之後湖泊和森林生態系統可能需要長達一千萬年的時間才能明顯恢復，相關成果3月31日在線發表於《地質學》。
  • 史上最嚴重的生物大滅絕，火山持續噴發50萬年，90%生物滅絕
    在地球歷史上，發生過無數次生物小滅絕事件，比如：古新世-始新世極熱事件，卡尼期洪積事件，雖然我們把這些稱之為生物小滅絕，但每次也有大量生物滅絕死亡。在此之上，的球歷史上還有5生物大滅絕事件，分別是：奧陶紀生物大滅絕，泥盆紀生物大滅絕，二疊紀生物大滅絕，三疊紀生物大滅絕以及白堊紀生物大滅絕。
  • 史上最嚴重的生物大滅絕,火山持續噴發50萬年,90%生物滅絕
    在地球歷史上，發生過無數次生物小滅絕事件，比如：古新世-始新世極熱事件，卡尼期洪積事件，雖然我們把這些稱之為生物小滅絕，但每次也有大量生物滅絕死亡。在此之上，地球歷史上還有5生物大滅絕事件，分別是：奧陶紀生物大滅絕，泥盆紀生物大滅絕，二疊紀生物大滅絕，三疊紀生物大滅絕以及白堊紀生物大滅絕。
  • 第一次生物大滅絕_奧陶紀末大滅絕
    第一次生物大滅絕-奧陶紀末大滅絕海洋又迎來了一次物種的快速發展，這就是著名的奧陶紀生物大輻射>奧陶紀生物大輻射使得當時地球上的廣大海洋從水深1M的沿岸到水深1000M全部都被不同生態類型的海洋生物所佔領海洋生命系統呈現出前所未有的繁榮景象，隨之也誕生了以腕足動物、投足動物、苔蘚動物、棘皮動物和筆石組成的古生物演化動物群，取代了以三葉蟲為主的寒武紀演化動物群，海洋霸主也開始易主（恐蝦類被頭足類的角石所取代）然而，死神也在悄悄接近在約4.4以年前的顯生宙第一次大滅絕降臨，橫掃海洋
  • 生物滅絕後,地球用一千萬年「撫平傷痛」
    人類出現之前，類似的極端氣候事件曾多次出現，漫長的歲月裡，地球一次次承受著災變環境所帶來的生物滅絕重創。　　生物大滅絕事件後地球陸地生態系統需要多長時間才能恢復？這個課題一直困擾著科學界。　　圖片來源：視覺中國　　極端天氣導致大滅絕　　生物復甦「道阻且長」　　顯生宙（指「
  • 地球生物的演化史上,曾發生了生物大滅絕事件
    據國外媒體報導，在地球生物的演化史上，曾發生了生物大滅絕事件，其中在2.52億年前二疊紀末期出現了全球範圍內的生物大滅絕，來自蘇黎世大學的古生物學家根據最新的研究認為全球氣候在這個時期變得非常寒冷，之後卻又非常溫暖，然後再次降溫。
  • 高精度地層研究揭示奧陶紀末大滅絕與復甦新模式
    最近，以中國科學院南京地質古生物研究所副研究員王光旭為首的研究團隊總結了全球各板塊奧陶-志留紀之交的底棲動物群宏演化序列，綜合其他生物及碳同位素地層數據
  • 南京專家最新研究發現:大滅絕後湖泊生態系統復甦需要一千萬年
    目前，大家都知道地球經歷過的那場恐怖事件：二疊紀末期（2.52 億年前）發生了顯生宙最大的生物滅絕事件，引發了嚴重的海洋和陸地生態系統危機，約75％的陸地生物物種消失。但是，大滅絕之後陸地生態系統需要多長時間才能恢復這個課題，卻一直困擾著科學界。
  • 遠古的災難——規模空前的生物大滅絕(三)
    ，一般都認為大滅絕是突髮式的災變事件。但在二疊紀末的大滅絕中，造礁生物中的造礁動物和真核藻類均告消失，曾經盛極一時的礁生態系此時只剩下機遇色彩甚濃的以藍菌為主的微生物礁孤軍奮戰，並在災後呈現泛濫之勢。這表明二疊紀末生物礁的消失與棲居地的喪失無關，而與突發性的古海洋異常事件導致礁生態系崩潰有關。       令人矚目的是在滅絕事件中，礁總是先於海洋生物滅絕。
  • 貴州：四億多年前，地球生物大滅絕，專家，有古生物印記
    滅絕的海生群體動物筆石的化石新聞報導，貴州遵義市桐梓縣據貴州旅遊地學研究院胡歆睿、張國祥等地質專家介紹，在距今4.3至4.6億年前，現在的位置還是一片海洋，在約4.6億年時，地球上生物經歷了一次大的滅絕，約 4.4億年時，生命開始復甦，筆石就是古生物復甦後當時最為繁盛的古生物。筆石是一類已滅絕的海洋群體生物，隸屬於半索動物門。現在所見的化石，是筆石蟲體所分泌的骨骼，稱為筆石體。筆石體有幾毫米到幾釐米長，寬一至三毫米。
  • 生物滅絕的傷痛,地球要用1000萬年來撫平
    近日，中國科學院南京地質古生物研究所科研團隊最新的研究發現，在顯生宙最大的生物滅絕事件——二疊紀末生物大滅絕事件之後，湖泊和森林生態系統可能都需要長達1000萬年的時間，才能得到明顯恢復，相關研究論文發表在《地質學》（Geology）上。