生命史上的至暗時刻


生命史上的至暗時刻


萬物皆有時。”地球生命的進程從來都不是一條直線,在這裡,生命經歷過數次反反覆覆的滅絕與爆發,才發展出了今天的地球樣貌。


目前普遍認為,地球歷史上曾出現過約五次最主要的大滅絕事件,也就是在(地質時間尺度上的)很短時間內,地球上的大部分生命幾乎全被抹去。古生物學家在全球化石記錄中觀察到物種消失。目前,人們對過去的幾次滅絕事件的原因還沒有完全弄清,但推測大多可能與快速的全球氣候變化有關。而生物學家同樣懷疑,我們正在經歷第六次大滅絕。


生命史上的至暗時刻

奧陶紀–志留紀滅絕事件

(Ordovician-Silurian extinction event)


生命史上的至暗時刻

○ 圖片來源:PaleoEquii/Wikicommons


時間:奧陶紀末期(約4.5億年前)


程度:約85%的生物滅絕。如果用一個衡量生物多樣性損失的標準來看,那就是約57%的屬(genus)滅絕。


代表種類:包括大多數三葉蟲物種,許多珊瑚蟲,一些硬殼的海洋無脊椎動物——腕足動物等。


原因:一些古生物學家認為,奧陶紀大滅絕是岡瓦納古陸的冰川作用的結果。這一全球性的冰川事件導致了全球海平面的下降。大陸架生態空間減少,加上冰川本身造成的降溫,很可能是這一次大滅絕的綜合驅動因素。


除此之外,其他可能的成因假說還包括伽馬射線暴、火山作用等,但缺乏實質性證據確認。


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泥盆紀末滅絕事件

(Late Devonian extinction event)


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○ 圖片來源:Eduard Riou


時間:泥盆紀後期(約3.59億年前至3.7億年前)


程度:此次事件被認為主要對海洋生物造成了重創,使得約70%的海洋生物滅絕。


代表種類:許多珊瑚蟲、三葉蟲、海綿,以及被稱為盾皮魚的古怪魚類等。


原因:儘管“大滅絕”可能是由於瞬間的衝擊造成的全球性災難(典型的事件後面我們會看到),也有可能跨越數千年。此次滅絕被認為包括約了在2000萬年內延續的一系列滅絕的“高峰”事件,導致生物多樣性的週期性和突然的下降。這些變化可能是西伯利亞火山活動的後果,一次大規模噴發可能會導致海平面快速波動,海洋中氧氣含量降低,並導致其他環境變化。


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二疊紀–三疊紀滅絕事件

(Permian-Triassic extinction event)


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○ 圖片來源:Joseph Smit/Wikicommons


時間:二疊紀末期開始(約2.52億年前)


程度:約96%的物種(56%的屬)滅絕了。


代表種類:許多的森林在野火中被破壞,以至於之後甚至已經沒有東西可燒了。研究人員在地質記錄中發現了一個“炭缺口”(charcoal gap)。許多兩棲動物和那個時代的一些頂級食肉動物消失了。


原因:這是地球地質歷史上目前已知的最大規模的一次滅絕。有關這次滅絕事件的原因眾說紛紜,一種假說認為,它是由西伯利亞暗色巖區域的大規模噴發引起的,這可能是一次巨大而漫長的火山事件,產生了一系列環境的連鎖反應。大氣中迅速引發溫室效應,海洋被酸化並導致缺氧。臭氧層被部分破壞,致命的紫外線輻射到達地球表面。地球花費了千萬年時間才得以恢復生態的多樣性,而這場大災難造成的不穩定,可能也導致了三疊紀時期不穩定的地球環境。


在近日發表於《自然通訊》的一項新研究中,科學家還發現,這次大滅絕在陸地上和海洋中開始的時間上有很大差異,陸地生物的滅絕比海洋生物要早得多,這或許意味著,滅絕在陸地上與海洋中有著不同的直接原因或機制。


無論如何,這次滅絕讓地球生命重新洗牌。但是,一些真菌很好地經受住了這次考驗。原本的食物鏈頂端的消失,或許為最早的恐龍和第一批哺乳動物的發展掃清了道路。


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三疊紀–侏羅紀滅絕事件

(Triassic-Jurassic extinction event)


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○ 圖片來源:Ghedoghedo/Wikicommons


時間:三疊紀末期(約2.01億年前)


程度:約76%的物種(約47%屬)消失


代表種類:牙形刺、蝦蟆龍等爬行動物


原因:此次滅絕事件與二疊紀末的滅絕事件有一些相似之處,據推斷它可能是由另一次大規模的噴發引起的,來自中大西洋岩漿省(Central Atlantic Magmatic Province),這或許也預示著超級大陸“泛大陸”的分裂。


但在生態上,此次滅絕時間還造成了另一個重要結果。由於滅絕抹去了大量陸生爬行動物以及兩棲生物,陸地上的生態位出現空缺,這讓恐龍獲得了發展的機會,恐龍在三疊紀末期後真正“大踏步前進”,多樣性急劇增加,在侏羅紀時期迎來屬於它們的霸主時代。


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白堊紀–古近紀滅絕事件

(Cretaceous-Paleogene extinction event)


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○ 圖片來源:Donald E. Davis


時間:白堊紀末期(約6550萬年前)


程度:約76%的物種滅絕


代表種類:恐龍、菊石等


原因:這或許是最“著名”的一次大滅絕。如果說三疊紀-侏羅紀滅絕事件是恐龍登上了霸主之位關鍵一步,那麼這一次滅絕就將它們(中的絕大多數)從這個星球上抹去了。這次滅絕的原因仍有爭議。隨著對希克蘇魯伯隕石坑的深入研究,“小行星撞擊說”被廣泛接受,許多學者認為小行星撞擊可能是此次滅絕的關鍵因素之一,撞擊事件引發了一系列全球效應,甚至改變了地球的大氣組成,使得當時的生態系統瓦解。


但同樣是此次滅絕留給了哺乳動物機會,哺乳動物很快適應了新空出的生態位,這顆星球自此幾乎成為哺乳動物的天下,哺乳動物不斷繁衍蓬勃,最終孕育出了一個與眾不同的物種——人類。而恐龍也有一部分倖存的分支也留到了今天,它們就是我們熟知的鳥類。


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全新世滅絕事件?

(Holocene extinction event?)


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○ 圖片來源:Mauricio Antón/Public Library of Science


時間?:約10000年前,大約從人類開始主宰地球之時,並延續至今。


程度?:???


代表種類?:猛獁象等許多大型動物、渡渡鳥、旅鴿等


原因?:物種的形成與滅絕其實是地球常態。隨著時間的推移和地球的變化,物種的滅絕一直在發生。與大規模的死亡相比,這些滅絕是“小批量”的靜態滅絕,被稱為背景速率(background rate),在歷史上和化石記錄中都有它們發生的痕跡。


但目前一些觀點認為,由於一系列人類活動,造成地球上生物多樣性的明顯喪失,物種加速滅絕。雖然確定物種滅絕速率十分困難,但2015年的一項研究認為,保守估計,目前的滅絕速率大約是正常的背景速率的100倍

。這是否意味著,第6次大滅絕已經來臨?


如果真是這樣,是否又會如一本有關第6次大滅絕的書中所說:

智人可能不僅僅是第6次大滅絕的誘因,也有可能成為這次滅絕事件的受害者之一。


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“抵消”滅絕?


人類的一舉一動改變、重塑著地球。人類活動帶來了滅絕,有時也能在無意間恢復一些生態系統中的生態特徵。近日,一項新研究對“抵消”物種滅絕提出了一些獨到的見解。


隨著全球化的加快,對人類而言,地理上的距離越來越不算是問題。對動物來說似乎同樣如此。許多物種被人為地引入全球各地,在新的生態系統中繁衍生長。


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○ 在世界範圍內,引入食草動物與許多滅絕的動物共享很多關鍵性狀。| 圖片來源:University of Kansas/Oscar Sanisidro


通過對世界範圍內食草動物的生態特徵與它們過去的特徵進行分析比較,團隊認為,引入到新環境的食草動物恢復了許多已經消失了數千年的性狀。雖然在過去的數萬年間,人類活動已經導致了集中大型哺乳動物的滅絕,但此後,人類又引進了許多物種,不經意間在世界各地使動物再次野生化。通過在世界各地引入物種,人類也恢復了許多生態系統失去的生態特徵,“抵消”了滅絕,讓世界變得更像一些動物滅絕前的更新世晚期。

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○ 圖片來源:Lundgren et al. 2020 PNAS


https://www.discovermagazine.com/the-sciences/mass-extinctions

https://www.worldsciencefestival.com/infographics/earths-worst-mass-murderers-oxygen-volcanoes-and-humans/

https://theconversation.com/five-mass-extinctions-and-what-we-can-learn-from-them-about-the-planet-today-79971

https://phys.org/news/2020-03-species.html


封面圖來源:NASA-JPL/Caltech


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