2.52億年前這里是遠(yuǎn)古生命的“避難所”

約2.52億年前，生命史上最嚴(yán)重的一次生物危機(jī)——二疊紀(jì)末大滅絕使地球進(jìn)入漫長(zhǎng)的至暗時(shí)刻，造成當(dāng)時(shí)海洋中80%以上的物種滅絕。然而，這次滅絕對(duì)陸地的影響至今仍存在諸多爭(zhēng)論。

位于中國新疆吐哈盆地南桃東溝地區(qū)的一片陸地，近日首次被古生物學(xué)家證實(shí)為這場(chǎng)浩劫中遠(yuǎn)古生命的“避難所”。

這片“生命綠洲”不僅庇護(hù)植被逃過劫難，更推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)在7.5萬年內(nèi)快速復(fù)蘇，為理解地球生物存續(xù)與當(dāng)代生態(tài)保護(hù)提供了關(guān)鍵線索。3月13日，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

破解孢粉化石密碼

長(zhǎng)期以來，關(guān)于二疊紀(jì)末大滅絕對(duì)陸地生態(tài)的影響，古生物學(xué)界的觀點(diǎn)明顯分為兩派。

一派認(rèn)為，二疊紀(jì)末大滅絕期間，西伯利亞大火成巖省的噴發(fā)，給陸地生態(tài)系統(tǒng)帶來野火、酸雨、有毒氣體和紫外線輻射增加等環(huán)境災(zāi)難；另一派則認(rèn)為，導(dǎo)致大滅絕期間陸地環(huán)境災(zāi)難的因素在全球的分布受不同緯度大氣環(huán)流制約，難以造成全球性環(huán)境災(zāi)難。

此外，還有一部分學(xué)者提出折中假說，認(rèn)為在大滅絕期間，內(nèi)陸地區(qū)可能存在一些避難所，使陸地植被免受二疊紀(jì)末大滅絕期間環(huán)境災(zāi)難的影響，保護(hù)了陸地植被的多樣性。

然而，古生物學(xué)家一直沒能找到確鑿的化石證據(jù)證明這些陸地“生命綠洲”的存在。

論文第一作者、中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所（以下簡(jiǎn)稱“南京古生物所”）工程師彭輝平介紹，他們對(duì)我國新疆吐哈盆地西緣出露的南桃東溝剖面中產(chǎn)出的孢粉化石進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)二疊紀(jì)末大滅絕并沒有打斷這些孢粉化石的演化——這里就是大滅絕期間的一處陸地“避難所”。

研究發(fā)現(xiàn)，從二疊紀(jì)末大滅絕前16萬年一直到大滅絕結(jié)束后的16萬年，南桃東溝地區(qū)一直存在繁盛的臨水蕨原和松柏類森林。換言之，這些森林在當(dāng)?shù)氐姆庇⑽幢欢B紀(jì)末大滅絕打斷。

值得注意的是，新疆吐哈盆地與造成二疊紀(jì)末生物大滅絕的主要誘因——西伯利亞大火成巖省的距離很近，看似最危險(xiǎn)的地方卻出現(xiàn)了陸地植被的“避難所”，成為陸地其他生物快速繁衍的“生命綠洲”。

“造成生物滅絕的環(huán)境因素在陸地上的分布，或許受到不同緯度大氣環(huán)流和局地氣候的限制。表面上最危險(xiǎn)的地方反而可能最安全。”論文通訊作者、南京古生物所研究員劉鋒告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

嚴(yán)謹(jǐn)證實(shí)“生命綠洲”

自2019年開始，彭輝平即在劉鋒指導(dǎo)下，與該所研究員萬明禮、美國密蘇里科技大學(xué)教授楊晚以及中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員劉俊合作推進(jìn)該研究。

科研人員對(duì)部分與孢粉化石同層原位保存的、具有復(fù)雜根系結(jié)構(gòu)的松柏類樹干化石和蕨類莖稈化石展開研究，發(fā)現(xiàn)南桃東溝剖面中的大量孢粉化石并非再沉積的產(chǎn)物，而是當(dāng)?shù)刂脖划a(chǎn)生的。

科研人員對(duì)南桃東溝二疊紀(jì)末大滅絕前后地層中保存的孢粉化石屬種的多樣性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)大滅絕并未導(dǎo)致已發(fā)現(xiàn)的33個(gè)孢粉屬中的任何一個(gè)滅絕。南桃東溝二疊—三疊紀(jì)之交地層中的99種孢粉化石中約有55%的孢粉屬種在滅絕后消失，這暗示可能存在植物群滅絕。然而，與全球和鄰近剖面的孢粉數(shù)據(jù)對(duì)比后，科研人員發(fā)現(xiàn)，消失的55%的孢粉屬種是由于區(qū)域環(huán)境波動(dòng)“暫時(shí)遷出”，因?yàn)檫@些孢粉屬種在世界其他地區(qū)甚至鄰近的新疆其他同時(shí)代剖面的早三疊世地層中都大量存在。如果將全球其他地區(qū)的孢粉數(shù)據(jù)納入考慮，南桃東溝剖面記錄的孢粉化石種在大滅絕后真正滅絕的可能僅為21%，遠(yuǎn)低于海洋生物在同期的滅絕率。

盡管“避難所”形成的原因尚未完全明確，但通過與中桃東溝地層剖面的古土壤減鉀風(fēng)化指數(shù)對(duì)比，研究人員認(rèn)為，該地區(qū)在二疊紀(jì)末大滅絕前后一直保持著半濕潤(rùn)至季節(jié)性干旱的氣候環(huán)境，年降雨量穩(wěn)定在1000毫米左右。這種穩(wěn)定的氣候是南桃東溝植被得以生存的關(guān)鍵。

一系列證據(jù)表明，新疆吐哈盆地南桃東溝地區(qū)在二疊紀(jì)末大滅絕期間并未出現(xiàn)明顯的陸地植被大滅絕現(xiàn)象。

“我們對(duì)這一結(jié)果持謹(jǐn)慎態(tài)度，甚至懷疑剖面可能因構(gòu)造原因發(fā)生了地層倒轉(zhuǎn)。”彭輝平介紹，由于與以往所有研究結(jié)果截然不同，2022年研究完成后，研究團(tuán)隊(duì)沒有馬上發(fā)表研究成果，而是沿著地層界線從西向東反復(fù)勘察和對(duì)比，確認(rèn)了地層層序完全正常。

為進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)果的可靠性，他們還在原采樣點(diǎn)以東200米處的一條平行剖面上，重新采集了孢粉樣品并進(jìn)行分析。確認(rèn)分析結(jié)果與原來的數(shù)據(jù)完全一致，他們才著手準(zhǔn)備論文發(fā)表工作。

穩(wěn)定的氣候可能是成因

盡管“避難所”形成的原因尚未完全明確，但通過與中桃東溝地層剖面的古土壤減鉀風(fēng)化指數(shù)對(duì)比，研究人員認(rèn)為，該地區(qū)在二疊紀(jì)末大滅絕前后一直保持著半濕潤(rùn)至季節(jié)性干旱的氣候環(huán)境，年降雨量穩(wěn)定在1000毫米左右。這種穩(wěn)定的氣候是南桃東溝植被得以生存的關(guān)鍵。

科研人員還在南桃東溝剖面發(fā)現(xiàn)了與孢粉和植物化石同層保存的大量四足動(dòng)物骨骼化石。這些化石表明，在二疊紀(jì)末大滅絕結(jié)束后僅7.5萬年，該地區(qū)已出現(xiàn)大量食草四足動(dòng)物水龍獸和食肉動(dòng)物遲滯鱷。這些動(dòng)物的出現(xiàn)，表明當(dāng)?shù)匾研纬砂ǔ跫?jí)生產(chǎn)者、初級(jí)消費(fèi)者和次級(jí)消費(fèi)者在內(nèi)的復(fù)雜陸地生態(tài)系統(tǒng)，多樣性恢復(fù)的速度比其他地區(qū)快10倍以上。

這表明在二疊紀(jì)末大滅絕中“逃過一劫”的植被，對(duì)整個(gè)南桃東溝地區(qū)的陸地生態(tài)系統(tǒng)重建極為重要。

由于這些四足動(dòng)物在新疆地區(qū)較早地層中沒有相關(guān)化石記錄，科研人員認(rèn)為，它們是二疊紀(jì)末大滅絕后從其他地區(qū)遷移而來。這說明在二疊紀(jì)末大滅絕后，南桃東溝相對(duì)其他地區(qū)有更豐茂的水草和更宜居的環(huán)境，為這些遷入動(dòng)物的生存提供了必要條件，使它們能在大滅絕后的短短幾萬年內(nèi)大量、快速繁衍。

因此，劉鋒表示，二疊紀(jì)的陸地生態(tài)系統(tǒng)可能獨(dú)立于海洋生態(tài)系統(tǒng)，也就是說，陸地上一些復(fù)雜的大氣環(huán)流和局地氣候，或許可以隔絕海洋變化對(duì)陸地的影響。