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》。
「如果沒有在地層中發現那麼多門類的化石，就構不成一個完整的生物鏈條，也就無法得到文章的結論。」論文通訊作者、南古所現代陸地生態系統起源與早期演化研究團隊研究員王博告訴《中國科學報》，「我們歷時10年，在陝西銅川的野外地層踏勘，終於揭開了生物復甦的一層神秘面紗。」
生物復甦時間漫長
人類出現之前，在地球歷史上曾經出現過多次極端氣候事件（如極冷或極熱的氣候事件），最著名的是五次生物大滅絕事件，比如，人們所熟知的恐龍滅絕，發生於6600萬年前的白堊紀生物大滅絕事件。
「我們的這項研究聚焦於二疊紀末期發生的顯生宙規模最大的大滅絕事件。」王博解釋道，「這次大滅絕事件造成了約80%的海洋生物和約75%的陸地生物在數萬年內迅速滅亡，之後形成了一直持續至今的現代生物群。」
當時學界普遍認為這次大滅絕事件是由西伯利亞大火成巖省的爆發導致的連鎖反應造成的：大量的二氧化碳被注入到空氣中，導致全球變暖和酸雨的產生，酸雨殺死了陸地上的植物，使得陸地上發生了大規模的侵蝕作用。
在二疊紀大滅絕後，地球上的環境還不穩定，碳循環波動十分明顯，氣候持續高溫乾旱。每個類群的復甦模式也不相同。
論文第一作者、南古所現代陸地生態系統起源與早期演化研究團隊的博士研究生趙向東介紹說：「其中復甦最快的是有孔蟲、菊石和牙形石，需要經歷100萬～200萬年就能恢復至大滅絕前的水平，而海洋造礁生物和陸地森林大約需要1000萬年才能完成恢復。」
此前的研究發現，海洋生態系統在安尼期的中晚期至後期，即二疊紀大滅絕之後的800萬～1000萬年，才取得了明顯的恢復，並且在三疊紀晚期仍在繼續進行恢復。
比記錄早了500萬年
迄今為止，已知最古老的中生代複雜湖泊生態系統可追溯到中國和中亞地區中三疊世晚期—晚三疊世早期的記錄。王博向《中國科學報》介紹：「由於三疊紀早、中期深湖相沉積地層和化石記錄較為缺乏，我們對於湖泊生態系統的復甦模式和時間了解較少。」
為此，南古所現代陸地生態系統起源與早期演化研究團隊與長慶油田工程師解古巍等人合作，對鄂爾多斯盆地的中三疊統湖相沉積地層進行了系統研究。
為什麼選擇在我國鄂爾多斯盆地踏勘？王博解釋道，鄂爾多斯盆地的三疊系地層構造簡單，層序清楚，並賦存豐富的礦產資源和化石資源，是研究陸相三疊系層序地層和恢復古環境的關鍵地區。
「經過我們團隊十年的野外工作和採樣分析，首次提出湖泊生態系統在中三疊世中期（大滅絕後1000萬年）就顯示了明顯的恢復。」王博說，我們在霸王莊、馬莊和衣食村剖面共採集了四個火山源的樣品（凝灰巖、火山灰、凝灰質砂巖）進行了同位素測年。「同位素測年敲定了這是二疊紀大滅絕後最早的厚層湖相油頁巖沉積，比之前的記錄早了500萬年。」
科研團隊在鄂爾多斯盆地南部銅川組油頁巖中發現了較豐富的植物、介形蟲、葉肢介、鱟蟲、昆蟲、魚和魚糞等化石。
其中有個有趣的發現，趙向東告訴記者：「我們發現最大的螺旋狀魚糞化石長達77 毫米，表明當時湖泊中存在體型較大的捕食性魚類，但是根據目前發現的最大魚化石碎片推測出其體長僅250 毫米，與魚糞化石所展現的魚的體型不相符，這可能是由於大型魚類在沉積物中不易於保存成化石的緣故。」
通過對魚糞化石進行切片，科研團隊在其中發現了雙翅目昆蟲的大顎。「切片中大顎的發現是鄂爾多斯古湖泊中魚類取食昆蟲幼蟲的直接證據。」王博解釋道，「這種生態類型與大滅絕之前湖泊中雙翅目幼蟲普遍缺失和水生甲蟲稀少的情況明顯不同，代表了一個典型的中生代湖泊生態系統，這和三疊世海洋生態系統相一致。」
為油氣勘探提供依據
在三疊紀最初的1000萬年內，世界各地的陸相地層中普遍缺失煤層，因此這段時期也被稱為「煤層缺失期」。
通常認為中三疊世煤層的再次出現，代表了大滅絕後森林生態系統的明顯恢復。在鄂爾多斯盆地，已知最古老的三疊系煤層產出自二馬營組的最上部，其年齡略老於銅川組油頁巖的年齡。
王博介紹道，我們依據油頁巖的出現時間，建立了與海相生態系統復甦相對應的「油頁巖缺失帶」，與陸地上「煤層缺失帶」的時間相吻合，這也為油氣資源勘探提供了化石證據。
此外，由於早三疊世炎熱的氣候會限制湖泊中的溶解氧含量，從而阻礙了生態系統的復甦。然而，在安尼期海洋中碳埋藏的大量增加，可能會導致大氣CO2含量下降和全球降溫，從而改善了湖泊的生態條件。
王博說：「火山灰會給湖泊帶入豐富的營養物質，可能顯著提高了鄂爾多斯盆地古湖泊的初級生產力。因此，全球溫度降低和火山灰養分輸入可能共同促進了鄂爾多斯盆地古湖泊生態系統的繁盛。」
相關論文信息：https://doi.org/10.1130/G47502.1
科研人員在採集化石
剖面產出的各類代表性化石。A-C, 魚糞；D-E，魚糞切片；F和G，甲蟲；H，魚；I，介形蟲；J，鱟蟲。