2.52億年前這里是遠古生命的“避難所”

約2.52億年前，生命史上最嚴重的一次生物危機——二疊紀末大滅絕使地球進入漫長的至暗時刻，造成當時海洋中80%以上的物種滅絕。然而，這次滅絕對陸地的影響至今仍存在諸多爭論。

位于中國新疆吐哈盆地南桃東溝地區的一片陸地，近日首次被古生物學家證實為這場浩劫中遠古生命的“避難所”。

這片“生命綠洲”不僅庇護植被逃過劫難，更推動生態系統在7.5萬年內快速復蘇，為理解地球生物存續與當代生態保護提供了關鍵線索。3月13日，相關成果發表于《科學進展》。

破解孢粉化石密碼

長期以來，關于二疊紀末大滅絕對陸地生態的影響，古生物學界的觀點明顯分為兩派。

一派認為，二疊紀末大滅絕期間，西伯利亞大火成巖省的噴發，給陸地生態系統帶來野火、酸雨、有毒氣體和紫外線輻射增加等環境災難；另一派則認為，導致大滅絕期間陸地環境災難的因素在全球的分布受不同緯度大氣環流制約，難以造成全球性環境災難。

此外，還有一部分學者提出折中假說，認為在大滅絕期間，內陸地區可能存在一些避難所，使陸地植被免受二疊紀末大滅絕期間環境災難的影響，保護了陸地植被的多樣性。

然而，古生物學家一直沒能找到確鑿的化石證據證明這些陸地“生命綠洲”的存在。

論文第一作者、中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱“南京古生物所”）工程師彭輝平介紹，他們對我國新疆吐哈盆地西緣出露的南桃東溝剖面中產出的孢粉化石進行了詳細研究，發現二疊紀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”。

研究發現，從二疊紀末大滅絕前16萬年一直到大滅絕結束后的16萬年，南桃東溝地區一直存在繁盛的臨水蕨原和松柏類森林。換言之，這些森林在當地的繁育，并未被二疊紀末大滅絕打斷。

值得注意的是，新疆吐哈盆地與造成二疊紀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，看似最危險的地方卻出現了陸地植被的“避難所”，成為陸地其他生物快速繁衍的“生命綠洲”。

“造成生物滅絕的環境因素在陸地上的分布，或許受到不同緯度大氣環流和局地氣候的限制。表面上最危險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《中國科學報》。

嚴謹證實“生命綠洲”

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

科研人員對部分與孢粉化石同層原位保存的、具有復雜根系結構的松柏類樹干化石和蕨類莖稈化石展開研究，發現南桃東溝剖面中的大量孢粉化石并非再沉積的產物，而是當地植被產生的。

科研人員對南桃東溝二疊紀末大滅絕前后地層中保存的孢粉化石屬種的多樣性進行了統計，發現大滅絕并未導致已發現的33個孢粉屬中的任何一個滅絕。南桃東溝二疊—三疊紀之交地層中的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據對比后，科研人員發現，消失的55%的孢粉屬種是由于區域環境波動“暫時遷出”，因為這些孢粉屬種在世界其他地區甚至鄰近的新疆其他同時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的孢粉數據納入考慮，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化指數對比，研究人員認為，該地區在二疊紀末大滅絕前后一直保持著半濕潤至季節性干旱的氣候環境，年降雨量穩定在1000毫米左右。這種穩定的氣候是南桃東溝植被得以生存的關鍵。

一系列證據表明，新疆吐哈盆地南桃東溝地區在二疊紀末大滅絕期間并未出現明顯的陸地植被大滅絕現象。

“我們對這一結果持謹慎態度，甚至懷疑剖面可能因構造原因發生了地層倒轉。”彭輝平介紹，由于與以往所有研究結果截然不同，2022年研究完成后，研究團隊沒有馬上發表研究成果，而是沿著地層界線從西向東反復勘察和對比，確認了地層層序完全正常。

為進一步驗證結果的可靠性，他們還在原采樣點以東200米處的一條平行剖面上，重新采集了孢粉樣品并進行分析。確認分析結果與原來的數據完全一致，他們才著手準備論文發表工作。

穩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化指數對比，研究人員認為，該地區在二疊紀末大滅絕前后一直保持著半濕潤至季節性干旱的氣候環境，年降雨量穩定在1000毫米左右。這種穩定的氣候是南桃東溝植被得以生存的關鍵。

科研人員還在南桃東溝剖面發現了與孢粉和植物化石同層保存的大量四足動物骨骼化石。這些化石表明，在二疊紀末大滅絕結束后僅7.5萬年，該地區已出現大量食草四足動物水龍獸和食肉動物遲滯鱷。這些動物的出現，表明當地已形成包括初級生產者、初級消費者和次級消費者在內的復雜陸地生態系統，多樣性恢復的速度比其他地區快10倍以上。

這表明在二疊紀末大滅絕中“逃過一劫”的植被，對整個南桃東溝地區的陸地生態系統重建極為重要。

由于這些四足動物在新疆地區較早地層中沒有相關化石記錄，科研人員認為，它們是二疊紀末大滅絕后從其他地區遷移而來。這說明在二疊紀末大滅絕后，南桃東溝相對其他地區有更豐茂的水草和更宜居的環境，為這些遷入動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大量、快速繁衍。

因此，劉鋒表示，二疊紀的陸地生態系統可能獨立于海洋生態系統，也就是說，陸地上一些復雜的大氣環流和局地氣候，或許可以隔絕海洋變化對陸地的影響。