物种大灭绝的元凶——气候变暖

这张图利用模型(黑线)和化石记录(蓝点)，按纬度显示了二叠纪末期灭绝的海洋动物的百分比。

大约2.52亿年前，地球历史上最大的一次物种灭绝发生了，它标志着二叠纪的结束。早在恐龙出现之前，众多动植物就已经生活在地球上。然而西伯利亚的一系列大规模火山爆发后，它们中的大多数都灭绝了。古代海底岩石中的化石向我们诉说着当时的地球上曾存在着怎样一个繁荣且多样的海洋生态系统，然而最终留下的只有一系列的尸体。“大灭绝”期间，96%的海洋物种消失了。随后的百万年里，生命不得不再次繁衍并变得多样化。

科学家们至今仍在争论到底是什么导致海洋不再适宜生命生存，是高酸度的海水、金属和硫化物中毒、完全缺乏氧气抑或仅仅是更高的温度？12月7日发表于《科学》杂志的研究或许给出了答案。这项来自美国华盛顿大学和斯坦福大学的新研究将海洋环境与动物代谢模型和已发表的实验数据以及古海洋记录结合在一起得出结论：发生在海洋中的二叠纪生物大灭绝是由全球变暖导致的。随着海水温度升高和海洋动物代谢速度增加，温暖的海水不能再为它们提供足够的氧气用以生存。

研究人员利用二叠纪时的地球构造建立了一个气候模型。在西伯利亚持续的火山喷发导致温室气体含量升高之前，二叠纪时期海洋的温度和氧气水平与今天类似。然后，研究人员将模型中的温室气体提高到使热带海洋表面温度升高10摄氏度(20华氏度)所需的水平，以符合火山喷发后的条件。该模型再现了海洋中由此产生的剧烈变化——海洋失去了大约80%的氧气，大约一半海底，大部分在更深处，变得完全无氧。

为了分析这一变化对海洋物种的影响，研究人员考虑了61种现代海洋物种——包括甲壳纲动物、鱼类、贝类、珊瑚和鲨鱼——在不同的氧气和温度下的敏感性。现代动物对高温低氧的耐受性与二叠纪动物相似，因为它们在相似的环境条件下进化而来。然后，研究人员将该物种的特征与古气候模拟结合起来，以预测灭绝的地理位置。

“很少有海洋生物停留在曾经生活过的栖息地——它们要么逃跑，要么灭亡。”论文的第二作者、华盛顿大学海洋学副教授柯蒂斯·多伊奇(Curtis Deutsch)说。

图说：这块来自中国南方的大约1.5英尺厚的岩石显示了二叠纪-三叠纪的边界。底部是灭绝前的石灰岩。上部是灭绝后沉积的微生物灰岩。

该模型显示，受影响最严重的是远离热带地区的那些对氧气最敏感的生物。在这个模型中，许多生活在热带的物种也灭绝了，但是据预测，那些高纬度的物种，尤其是需要大量氧气的物种，几乎完全灭绝了。

为了验证这一预测，斯坦福大学(Stanford)的乔纳森•佩恩(Jonathan Payne)和埃里克•斯珀林(Erik Sperling)从古海洋学数据库(Paleoceanography Database)中分析了二叠纪晚期的化石分布。这些化石记录显示了物种灭绝前的位置，而那些物种要么完全灭绝了，要么被限制在以前栖息地中的一小部分之内。而化石记录证实，远离赤道的物种在气候变暖事件中受害最深。

这项研究建立在多伊奇先前的研究基础上，他的研究表明，随着海洋变暖，海洋动物的新陈代谢速度加快，这意味着它们需要更多的氧气，而温度更高的水所含的氧气更少。早期的研究表明，海洋变暖是会将动物从热带地区赶走。

这项新研究结合了海洋环境的变化和各种动物在不同温度下的代谢需求。结果表明，受缺氧影响最严重的是生活在两极附近的物种。

多伊奇说:“由于热带生物的新陈代谢已经适应了相当温暖、低氧的环境，它们可以离开热带，在其他地方找到同样的环境。”“但如果一个生物适应了寒冷、富氧的环境，那么这些条件在浅海中就不复存在了。”

所谓的“死亡区”是完全没有氧气的，它们大多在物种生存的深度以下，在生物的存活率中所起的作用较小。“说到底，死亡区域的大小似乎并不是导致物种灭绝的关键因素。”多伊奇说，“我们经常认为缺氧，也就是完全缺氧，是一种普遍不适合居住的状态。”但是当你观察到对低氧的耐受性时，大多数生物都可以被排除在氧气水平接近缺氧的海水之外。

导致氧气不足的气候变暖解释了一半以上海洋生物多样性的损失。作者说，其他变化，如酸化或光合作用生物体生产力的变化，可能是额外的原因。

二叠纪晚期的情况——大气中不断增加的温室气体导致地球温度上升——与今天类似。佩恩说:“在排放量一切照旧的情况下，到2100年，上层海洋的变暖将接近二叠纪末期水平的20%，到2300年，将达到35%到50%。”“这项研究强调了在人类活动引起的气候变化下，类似的机制可能导致物种大灭绝。”

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编译：Max  

审稿：alone  

责编：张梦

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

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