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海洋生物在晚泥盆纪大灭绝中灭绝

陆生植物可能导致了泥盆纪末期大灭绝,但其起源仍然 shrouded 在神秘之中。

作者:Gabe Allen
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图片来源:Dotted Yeti/Shutterstock

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在大约4.2亿至3.6亿年前的泥盆纪时期,地球上的生命达到了一个里程碑。它首次从太空中变得可见。

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在泥盆纪之前的志留纪时期,大多数植物被限制在海洋中。少数生长在陆地上的植物紧贴海岸,只长几厘米。任何偏离地面太远的组织都会因缺乏水和养分而枯萎。

但是,到了泥盆纪早期,少数植物已经发展出一种变通方法。维管组织使它们能够主动地将水和养分从一个附属物输送到另一个附属物。最终,这些组织产生了最早的根和叶——这些创新使得维管植物得以从海滨蔓延到沿海三角洲,并进入湿地和洪泛区。

第二次适应使植物能够殖民更多的未知领域。虽然早期的维管植物需要积水才能繁殖,但松树的原始祖先进化出一种利用风传播的繁殖方式。种子和花粉使它们能够殖民更干燥的高地土壤。在被称为“泥盆纪大爆发”的时期,世界变得一片翠绿。苔藓、蕨类植物、灌木和树木覆盖了大地。

另一种森林在海底繁茂生长。珊瑚、藻类、蓝细菌、软体动物、节肢动物和鱼类在珊瑚礁生态系统中繁衍生息。虽然泥盆纪晚期大灭绝没有扰乱森林,但海洋中的生命却遭遇了灾难。在奥陶纪晚期大灭绝7300万年之后,也就是3.75亿年前,地球上有一半的属灭绝了。这一事件可能持续了短短200万年,也可能长达2000万年。几乎所有受害者都是海洋生物。

缺氧

泥盆纪晚期大灭绝的特点是海洋缺氧(水中缺氧)的漫长时期。两个最显著的时期被称为凯尔瓦瑟事件,发生在大约3.72亿年前,以及汉能贝格危机,发生在泥盆纪末期,大约3.59亿年前。食物链底端的生物,如藻类和细菌,灭绝了。草食动物和捕食者也随之灭绝。

这次灭绝也恰逢气候变冷时期。随着气温下降,全球海平面也随之下降。

“两种主要的理论是冷却和海洋环境中缺氧的蔓延,”辛辛那提大学的地质学家Thomas Algeo说。“事实是它们同时发生,并且可能都发挥了作用。”

再深入一层,故事变得更加复杂。科学家们长期以来一直在争论缺氧和冷却条件的原因。一种主要理论将我们带回地球上最早的陆生森林。当植物在陆地上定居时,它们永远改变了脚下的土壤。

通过“化学风化”过程,植物从土壤中提取生物学上可用的营养物质。“植物从它们的根部渗出有机酸,这些酸分解矿物质,释放出它们随后吸收用于生长的某些离子,”阿尔吉奥说。

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最终,植物死亡、分解,生物量被冲刷到下游,流向海洋。阿尔吉奥认为,营养物质的突然增加使藻类和蓝细菌获得了竞争优势。这些生物可能“大量繁殖”,消耗了大量的溶解氧,从而使全球海洋的化学性质发生了变化。

陆生植物的繁衍也可能解释了气温的下降。当植物呼吸时(这个过程对人类来说就像呼吸一样重要),它们会消耗二氧化碳并释放氧气。在大型尺度和长时间内,这会降低地球上第二丰富的温室气体二氧化碳的浓度。在泥盆纪晚期,陆生植物可能仅仅通过呼吸就显著地冷却了地球。

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生物起源

植物引起的风化和降温可以说是泥盆纪末期灭绝最令人信服的原因,但科学家们在这个问题上仍然存在很大的分歧。

第二种理论将灭绝脉冲与火山活动联系起来。尽管很难精确确定古代火山喷发的时间,但一些证据表明,西伯利亚的一个火山岩地质层可能追溯到这一事件。大规模的火山喷发可能释放了阻挡阳光的火山灰,这些火山灰使海洋酸化并冷却了大气。第三种理论将灭绝与撞击事件联系起来,就像导致恐龙灭绝的事件一样。

除非有人能提供压倒性的有力证据,否则阿尔吉奥将坚持泥盆纪晚期大灭绝的植物学解释。

“我们有明确的证据表明二叠纪末期和三叠纪末期受到了火山影响,但并非所有灭绝事件都符合单一模型,”他说。

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如果阿尔吉奥是对的,那么泥盆纪末期事件将与当前的第六次大灭绝具有一个独特的共同特征。两者都有一个生物而非地质的潜在触发因素。人类造成的全球变暖、污染和栖息地破坏正在推动当前的物种大灭绝,而植物造成的全球变冷、污染和栖息地破坏可能引发了泥盆纪末期的大灭绝。

“重要的是要努力了解事件的轨迹以及它们如何在整个生物圈中产生涟漪效应,以便努力预防未来大规模灭绝的最坏影响,”阿尔吉奥说。

  • Gabe Allen

    Gabe Allen 是一位居住在科罗拉多州的自由记者,专注于科学和环境。他是普利策中心 2023 年的报道研究员,目前是科罗拉多大学环境新闻学中心的硕士生。他的署名文章曾出现在 Discover Magazine、Astronomy Magazine、Planet Forward、The Colorado Sun、WyoFile 和 Jackson Hole News&Guide 上。

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