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2.52億年前的二疊紀(jì)末大滅絕造成了約81%的海洋物種和89%的陸地物種滅絕，其主要原因被認(rèn)為是大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)導(dǎo)致的環(huán)境變化，但仍缺乏環(huán)境因素影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的直接證據(jù)。中國(guó)科研人員與國(guó)外同行等合作，通過研究該時(shí)期化石花粉粒中“防曬霜”含量的變化，發(fā)現(xiàn)臭氧層破壞導(dǎo)致二疊紀(jì)末陸地生物大滅絕的直接證據(jù)。

研究成果于2023年1月6日在線發(fā)表于國(guó)際知名期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)。

藏南曲布剖面二疊紀(jì)末期黑色頁巖。中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

曲布剖面二疊-三疊系過渡地層中發(fā)現(xiàn)的花粉化石。中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

火山噴發(fā)導(dǎo)致陸地大滅絕？曾缺乏直接證據(jù)

二疊紀(jì)末期的大滅絕事件是顯生宙大一次滅絕事件?？茖W(xué)家們普遍認(rèn)為，二疊紀(jì)末期西伯利亞大火成巖省的噴發(fā)造成的溫室氣體增加，變暖以及海洋酸化可能是引起這次滅絕的主要誘因。但對(duì)于這些環(huán)境因素如何影響陸地生態(tài)系統(tǒng)，目前還有很多爭(zhēng)論。

一些孢粉學(xué)家在陸相二疊-三疊紀(jì)過渡剖面發(fā)現(xiàn)了一些畸形孢子和花粉，推測(cè)這些畸形孢子或花粉可能是由西伯利亞大火成巖省噴出的鹵族元素造成的臭氧層破壞誘發(fā)的紫外線輻射增加引起的。但對(duì)現(xiàn)代植物中產(chǎn)出的畸形孢子和花粉的研究表明，這些畸形花粉和孢子產(chǎn)生的環(huán)境背景十分復(fù)雜，干旱、空氣污染以及植物體的外傷都有可能誘發(fā)植物體產(chǎn)生畸形孢子或花粉，所以單憑在陸相二疊-三疊紀(jì)過渡剖面發(fā)現(xiàn)的少量畸形孢子和花粉并不能直接證明，二疊紀(jì)末期大滅絕期間存在臭氧層空洞引起的紫外線輻射增加。

用“防曬霜”含量，反推大氣紫外線輻射強(qiáng)度

植物體需要陽光進(jìn)行光合作用，為植物體生長(zhǎng)提供能量，但又要避免陽光中有害的紫外線對(duì)植物體特別是植物生殖細(xì)胞（孢子和花粉）中遺傳信息的破壞。為了適應(yīng)陸地輻射環(huán)境，陸生植物演化出了一些調(diào)控機(jī)制，以減少紫外線對(duì)植物體的傷害。在植物體的生殖細(xì)胞中，這種機(jī)制表現(xiàn)為植物的孢子和花粉的外壁中含有大量功能與“防曬霜”十分相似的化合物——香豆酸和阿魏酸，這些化合物可形成共振穩(wěn)定的酚自由基，抵抗紫外線引起的氧化作用，從而保護(hù)脆弱的孢子和花粉，為陸生植物的傳播和繁衍提供了保障。

現(xiàn)代植物學(xué)家觀察到，植物體可以根據(jù)周圍的紫外線輻射環(huán)境，自動(dòng)調(diào)節(jié)其生殖細(xì)胞外壁“防曬霜”的含量，同時(shí)這些“防曬霜”可以在惰性的孢子和花粉外壁中保存很長(zhǎng)時(shí)間。因此，理論上，科研人員可以通過測(cè)定這些孢子和花粉中“防曬霜”含量，反推地質(zhì)歷史時(shí)期大氣紫外線輻射強(qiáng)度。

“防曬霜”難消化且營(yíng)養(yǎng)低，或?qū)е吕ハx大滅絕

據(jù)中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員劉鋒介紹，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)產(chǎn)自我國(guó)西藏南部二疊-三疊紀(jì)過渡剖面的1011?；ǚ壑械南愣顾岷桶⑽核徇M(jìn)行了定量測(cè)量。通過對(duì)這些花粉產(chǎn)出的紅外光譜的大數(shù)據(jù)分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在二疊紀(jì)末大滅絕期間，地層中花粉外壁的香豆酸和阿魏酸含量高于滅絕前后化石花粉中該化合物的含量，直接證明了二疊紀(jì)末期大滅絕期間存在紫外線輻射增加的現(xiàn)象。

空氣中紫外線輻射量的增加對(duì)整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的影響。由于紫外線不僅對(duì)植物的生殖細(xì)胞具有很強(qiáng)的殺傷作用，同時(shí)也會(huì)對(duì)植物體葉肉細(xì)胞造成破壞。為了抵御紫外線對(duì)葉肉細(xì)胞的破壞，植物體會(huì)在其葉片中大量合成葉黃素、香豆酸和阿魏酸等，相應(yīng)減少葉綠素的合成，導(dǎo)致植物體光合作用的減弱，進(jìn)而使植物體對(duì)于溫室氣體吸收能力減弱，進(jìn)一步加重了二疊紀(jì)末期火山噴發(fā)引起的溫室氣體增加。

另外，葉肉中的葉黃素、香豆酸和阿魏酸等對(duì)于食草動(dòng)物以及昆蟲來說是一種很難消化且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低的化合物，所以紫外線輻射的增加間接影響了陸地食物鏈，可能是導(dǎo)致二疊紀(jì)末陸地食草動(dòng)物以及昆蟲大滅絕的主要原因。

新京報(bào)記者 張璐

編輯 劉茜賢 校對(duì) 吳興發(fā)

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