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            大灭绝后的生物复苏之路
            • 来源:科普时报
            • 作者:冯伟民
            • 2020-07-09 10:53

            地球生命演化史是一部史诗般的交响曲,既有大辐射,推动着生命多样性发展,也有大灭绝,导致生物界一片凋零,是以一种特殊的形式推动生命的演化。

            左图:菊石。右图:罗平生物群。

            进化杂谈

            在经历了大灭绝后,生物是如何劫后余生再现辉煌的呢?这是当今科学界最前沿的研究热点之一,因为它不仅使我们更深入地了解地球生命演化过程,而且对于当代人类应对自然灾变也有一定的启示。

            显生宙以来的5.41亿年间,曾发生五次全球性生物大灭绝,包括奥陶纪末大灭绝、泥盆纪晚期大灭绝、二叠纪末大灭绝、三叠纪末大灭绝和白垩纪末大灭绝。五次大灭绝的起因不同,规模和影响有差别,复苏之路也不尽相同。一般而言,从灭绝到新的辉煌,都经历了残存和复苏过程残存期是大灭绝事件的后续,深深地打上了大灭绝的烙印,同时,它又是随后复苏期的先兆。历次大灭绝后的残存期一般有以下几个特点:生物多样性最低,灭绝量和新生率也最低,群落类型和生物地理区系最单调;各种生物类型中,最常见是幸存下来的残留者,而且是曾广泛分布的分子,但大多数分子的数量并不高;也出现了危机先驱型分子,特别是灾后泛滥的物种成功地适应并占领尚未改善的空缺生态位。

            三叠纪是紧随二叠纪后的一个时代,也是中生代第一个时代。受二叠纪末大灭绝影响,早三叠世气候与环境仍很不稳定,且灾难频繁,是生物非常艰难的残存阶段。这一时期最显著的生物现象是幸存者占绝对主导地位,灾后泛滥鼎盛,如双壳类克氏蛤(Claraia)等突然开始灾后泛滥,成为早三叠世最为常见的优势分子,它们与Unionites,Promyalina,Leptochondria等属一起组成的浅海底栖组合,广泛出现在世界各地,并广见于各个古纬度带,给三叠纪萧条已久的海底世界带来了一丝生机。

            在整个早三叠世,全球范围内出现了煤、硅质岩、磷酸岩和生物礁沉积的巨大空缺,而一度在前寒武纪广泛存在的微生物岩在早三叠世初期再度广泛出现;同时,陆地上由于高大陆生植物消失,地表菌类非常繁盛,都表明当时地球环境非常恶劣。

            那么,生物是如何在这样险恶的环境中顽强地坚守下来的呢?

            科学家研究发现,双壳类、腹足类、头足类、节肢动物、牙形刺和脊椎动物都有鳃,即拥有相对较高的新陈代谢速率和较强的内部循环系统,因而有着比放射虫、钙藻、蜓类有孔虫、海绵、四射珊瑚等更强的适应生存能力。同时,它们具有较广泛的栖息分布,从浅海到深水盆地乃至泻湖中都能生存,从而在面临大灭绝的灾难时,这些动物拥有较强的在绝境中生存的能力。

            高温和缺氧是两种制约生物生存的重要因素。有孔虫对低氧和缺氧的耐受性最强,其次软体动物(包括腹足类、双壳类、头足类),而珊瑚、苔藓虫、棘皮动物、介形虫和甲壳类则很难适应低氧和缺氧环境。而当高温气候发生时,珊瑚和放射虫受到的影响最大,其高温忍受上限不超过34℃,其次为甲壳类、棘皮动物、有孔虫、头足类,其高温忍受上限约为36℃,而软体动物腹足类和双壳类具有较高的高温忍受上限(>40℃),介形虫的高温忍受上限最高,部分介形虫可以忍受超过50℃的高温。

            还有一些生物面对难以抵御的灾难,采取了小型化的策略来应对危机。例如原生动物有孔虫、后生动物双壳类、腹足类、腕足动物、牙形刺、鱼类等。类似的生存策略也反映在陆栖生物上,介形虫和四足动物也向小型化发展。

            显然,较短发育周期、较少能量消耗和低氧含量需求,使这些小型化生物在高压环境中得以生存下来。

            生物残存还与可能存在的避难所或避难带有关。中国科学家提出避难带概念,认为在二叠纪末海洋水层中存在一个避难带,许多残存的底栖和游泳动物恰巧处于能够躲避灾难的这个水层空间,才幸运地存活下来。

            (作者单位:中国科学院南京地质古生物研究所)


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