宋海軍，中國地質大學（武漢）教授。　　

如果是這種情況，我們會不會有第六次生物大滅絕呢？

　　生物大滅絕

　　大家好，我叫宋海軍，來自中國地質大學（武漢）。

　　在談大滅絕之前我想先問一個問題，大家知不知道現在地球上有多少種生物？幾萬、幾十萬，還是幾百萬？幾百萬。大家猜得非常準，實際上是 150 萬。

　　這個數字聽起來非常多，但其實只占地球曾經擁有的物種很少一部分，只占1%。也就是說我們地球上曾經居住著一億五千萬種生物，它們 99% 都滅絕了。

　　我們一般把滅絕分兩種，一種叫背景滅絕。就是達爾文在《進化論》中說的適者生存，不適者被淘汰。比如在我們人類演化的過程中，有很多物種就是這樣被淘汰的。

　　從五百多萬年前的古人類演化到現今的人類，經歷了很多中間物種，它們很多都已經滅絕了，比如地猿、南方古猿、能人、直立人、尼安德特人等等。而延續到現在的，地球上目前只有兩個，一個是黑猩猩，一個就是現在的人類，這些中間物種的滅絕我們就稱為背景滅絕。

　　另外一種叫大滅絕。我們從字面意義上就可以理解，就是很多生物在很短的時間內同時滅絕。

　　這張圖展示的就是地球五億多年以來生物多樣性的變化。大家可以看到，生物多樣性的曲線有高有低，低的時候就代表生物多樣性劇減的情況，也就代表著生物大滅絕。

▲ Sepkoski, 1984

　　到目前為止，地球歷史上有五次非常大的滅絕事件，它們分別發生在 4.3 億年前的奧陶紀末，3.7 億年前的晚泥盆世，2.5 億年前的二疊紀末，2 億年前的三疊紀末，以及 6500 萬年前的白堊紀末，恐龍的滅絕就是在最后一次。

　　我今天主要想跟大家講的就是最大的一次，發生在 2.5 億年前的這一次。古生物學家根據化石記錄進行了一個初步估計，認為這幾次大滅絕的滅絕率基本上都在 80% 左右。其中最小的一次就是最后恐龍滅絕這一次，可能它的種級滅絕率只有 76%。最大的就是 2.5 億年前的這一次，種級滅絕率可能達到了 95%，也就是 100 個種里 95 個都滅絕了，只剩下了 5 個。

▲ 估算的滅絕率

　　到底是不是這樣呢？2.5 億年前這一次大滅絕，到底有多少物種滅絕了呢？這是大家非常關心的一個問題，也是我主要研究的一個問題。

　　如何研究大滅絕呢？我們一般是選擇海洋里面的生物進行研究，就是海洋中的化石。海洋中的這些生物死了之后很容易就沉到了海底，被海底的泥沙掩埋，這樣越埋越深，越深之后它的壓力和溫度就會很高，所以這些沉積物就被轉化成巖石。這些生物就跟著巖石一起轉化為了化石。

　　當地層在碰撞的時候可能就會造山，兩個地層這樣一碰撞相互擠壓，地下的巖石就被抬到了山上，化石就跟著巖石一起被抬到了山上，這也是我們找化石為什么一般去山上的一個原因。

　　這是貴州貴陽附近的一個小山包。大家可以看到這里的地層還是水平的，說明當時這個地方是一個海洋，當然在 2.5 億年前我們現在所在的上海也是海洋。

　　當時在這個地方就沉積了很多這樣的沉積物，靠近下邊的這些沉積物一般形成得比較早，我們按照時間順序把這套地層進行編號。這段地層大概有兩米多厚，大家可以猜一猜，代表多少時間呢？20 萬年。

　　我們一般在野外發現的化石都是大化石，也就是我們肉眼可以看到的，一般是幾厘米或者幾十厘米，甚至幾米大的化石。

　　這個是魚的化石。

　　這個是菊石，是已經滅絕的一種生物。

　　這個是腕足動物的化石。

　　這些都是大化石，肉眼可以看到。實際在這些巖石里面還有很多非常微小的化石，我們稱之為微體化石，它們的個體通常小于一毫米，所以在野外我們很難看到它，因為肉眼看不到。怎么辦呢？我們一般是把石頭先采回來，通常每一層采個幾公斤，然后對它進行處理。

　　一種就是通過化石溶解，把這些石頭用一些酸溶解掉，然后里面的化石就會露出來，我們再在顯微鏡下把化石挑出來。比如說我們現在看到的這個化石，它的大小可能只有幾百微米，也就是零點幾個毫米，只有通過這種方法把它處理出來。

▲ 牙形石

　　還有另外一種化石，它的成分跟巖石一樣，所以我們沒法通過化學溶解把它取出來。這時候一般把這個石頭磨成薄薄的一個片子，然后把它放在顯微鏡下，通過內部結構來對它進行生物學鑒定。

▲ 有孔蟲化石

　　就這樣我們把獲得的這些大化石，和在實驗室獲得的這些微化石，一起進行古生物學研究。

　　比如說 ABCDE 五個種，A實際上是在一層、二層、三層和四層出現，所以我們就把它放在這樣一個投點上。然后再把這四個點連成一條線，就代表了這個種在當時生活的年限，也就是從第一層生活到第四層，生活了這么久。

　　就這樣我們把所有種的年限都畫出來，就得出了這樣一個圖。

　　從這個圖上就可以看到，種A到種D在第四層就滅絕了，因為它們以后再也沒有出現了，而種E它在五層、六層、七層還有出現，所以它沒有滅絕。

　　針對 2.5 億年前的這次滅絕，我們就在中國很多地方找了很多化石，總共有 500 多個種，把它們的年限投到這樣一個圖上。大家可以看到這張圖上有五百多根線，這么多線，大部分都在中間這一段地層里面消失了，沒有延續上去，說明這些物種都滅絕了。這段地層是三萬年左右，也就是說在這三萬年絕大多數物種都滅絕了。

　　而且滅絕經歷了兩個階段。大家應該也能看得出來，第一幕這兒有一個階段很多物種一起消失了，第二幕這兒還有一個階段也都一起消失了。也就是經過這兩個階段，總共有 91% 的海洋物種滅絕了。這跟之前科學家估計的 95% 的滅絕率是非常接近的。

　　對于不同的類別來說，滅絕的情況是不一樣的，有些類別受影響比較大，有些類別受影響比較小。我們看一看受影響比較大的，其中有一類叫三葉蟲，可能在座的有人認識它。是一種比較常見的化石，特別是在五億年前的海洋中它是占主導，海洋中基本上全是它。這一類生物就在這一次滅絕中徹底消失了，以后再也沒有了。

　　另外一種是四射珊瑚，也就是當時主要的造礁生物，它也是在這一次滅絕事件中完全消失了。我們現在海洋里面的珊瑚已經不是四射珊瑚了，是以六射珊瑚為主。

　　這是滅絕得比較嚴重的。我們再來看一看哪些生物幸存了呢？左邊這張圖展示的是在滅絕前海洋里面的生物主要由哪些組成。我們可以看出，在滅絕前，固著型的，像珊瑚一樣是固著在海洋底下的，這類生物占主導，它占了 68%。

▲ 左：滅絕前右：滅絕后

　　但是滅絕后這樣一個結構金字塔發生了倒轉，這種游泳類的動物開始占據主導。為什么呢？我們在回答這個問題之前，首先看一下都有哪些游泳類的生物在這里出現。

　　這個就是滅絕之后發現的一類魚化石。大家可以看到它的復原圖，跟現在的魚長得還是比較像的。

　　另外一個是牙形類，這是它的微體化石，它的復原圖可以看出也是像魚形狀的一類生物，實際上它不是魚，是一個比較低等的脊椎動物。

　　從這兩種生物的體形上，我們都能看得出來它們是善于游泳的。

　　我們再來看這種菊石，現在海洋中已經沒有了，因為它跟恐龍一起徹底滅絕了，但是在這一次滅絕之后還是比較常見的。這些就是我們在野外挖掘的一些化石，從它的復原圖上我們也可以看出它是一個比較兇的捕食者，也是比較善于游泳的。

　　當然我們都沒見過它，但是我們一定有同志見過它的近親，就是這一類生物，叫鸚鵡螺。這個就是在現代海洋里面拍的一個短視頻，這一類生物也是善于游泳的。

　　為什么善于游泳的生物能在滅絕事件中這么幸運？我們現在初步是這樣認為的，因為當時的海洋條件是非常差的，到處都不適合生物生存。游泳的生物可以在比較短的時間內逃離這些不好的環境，找到相對舒服一點的環境待著，所以它們可以幸存。所以如果我們想要在大滅絕中活命，我們也要先學會游泳，有機會逃離這些災難。

　　我們再來看看這一類，叫雙殼，也就是在海邊經常撿到的這些貝殼類。

　　這類生物它是底棲的，大家可能對它比較熟悉，有一道比較有名的菜叫蒜蓉粉絲扇貝。這一類生物它平時是趴在海洋底下的，也就是說一般情況下它應該不會游泳。這類化石在這段地層中是比較常見的，走到野外就很容易找到。它們是怎么幸存下來的呢？實際上這類生物它也會游泳，它通過扇動兩瓣殼來游泳。

　　所以說游泳很重要，連這種平時都不怎么游的都學會游泳了。沒辦法，如果不游它也活不到現在。

　　我們再來看另外一種比較特殊的，叫腕足動物。跟剛才看到的貝類非常像，但是完全不是一種，這一類是徹底不會游泳的?，F在海洋中還有少量的。它們是固著的，它們有一個肉莖，通過肉莖把自己的身體固著在海底，也就是說它這一輩子只生活在一個地方，不會移動的。

　　實際上這類生物在滅絕后非常少見，我們在全國很多地方去找它的化石，包括西藏，也只找到很少的幾個種少量的標本。但是它又是如何幸存的呢？看一下我們做的一個系統的研究。

　　我們發現滅絕前這類生物長得比較大，大的可以達到十幾厘米，而滅絕后它們變得非常小，只有一厘米左右，也就是說它讓自己變小以幸存下來。

▲ 左：滅絕前右：滅絕后。Chen & Song et al.， 2019, Palaeo3

　　變小可以幸存嗎？可以的。為什么？大家都知道，個子小或長得比較苗條，一般吃得就比較少，它對食物的需求就少，更為重要的是它對氧氣的需求也變得非常低，所以能在這種極端的環境下幸存下來。所以我們總結一下怎樣才能在滅絕中幸存，就是少吃多游泳。

　　我們再來看一下大家比較關心的一個問題，什么原因導致生物大滅絕的呢？

　　一種比較流行的觀點是地外的小行星或者慧星撞擊地球。這種撞擊肯定會對地球帶來很大的影響。比如說它會帶來磁極倒轉，在陸地上可能會帶來大火，在海洋中可能引發巨型的海嘯，這些肯定會對地球的生物帶來很大的影響。

　　目前也有科學家發現了當時撞擊的一些證據，其中一個就是這個隕石坑。科學家在澳大利亞西北部發現了這個隕石坑，它的時間是 2.5 億年前左右，也就是跟滅絕發生的時間差不多。

▲Becker et al.， 2004, Science

　　然后還找到了其中的一種礦物，叫撞擊石英。

▲Becker et al.， 2004, Science

　　這種礦物是在高壓高溫下形成的礦物，一般僅發生在撞擊的時候，所以它的出現往往代表著這兒有撞擊事件。這些證據表明這里確實有個撞擊坑，但是這個撞擊跟滅絕有沒有關系呢？我們目前認為沒有太大的關系，可能僅僅是一個小型的撞擊坑，它的質量和速度可能都不夠大，引發不了滅絕。

　　為什么這么說呢？因為恐龍滅絕的時候就是有一個很大的撞擊，這個外星在撞擊地球的時候形成了很多塵埃。就是外星把自己撞碎，撞碎的這些塵埃會飄在地表的大氣中，所以整個地表的大氣都會有這樣外星物質。這些外星物質最后還是要沉積到地球表面，所以在全球各個角落都能發現這些物質，特別是其中的一個元素，銥元素。但是在 2.5 億年前的很多地層中就沒有發現類似的元素，以及其他的外星物質。

　　另外一個證據就是我剛才提到的，我們發現生物在這個時候它是在兩個階段滅絕的，這在一定程度上也否認了地外原因。因為外星撞擊一般是巨大的，一般會帶來短時間的快速的一次滅絕。

　　如果不是外星，那是什么原因呢？目前還有一種比較主流的觀點，認為是火山。因為當時確實發生了一個超大規模的火山爆發，很有可能是地球形成以來最大規模的一個陸地火山爆發。它位于俄羅斯北部的西伯利亞。

　　它有多大呢？它噴出來的巖漿形成的這些巖石，占地有 150 萬平方公里，厚度有 1000 米。可能大家沒概念，如果把這些巖漿鋪到我們中國，能把整個中國鋪滿，而且厚度是 150 米。

　　這肯定是一個巨大的火山，這么大的火山肯定對當時的，特別是火山周邊的生物帶來了極端的影響。更為重要的是，伴隨著火山爆發會噴出很多溫室氣體，比如二氧化碳、甲烷。這些溫室氣體會影響地表氣候，使氣候變得非常不適合生物生存，會對生物帶來致命的影響。

　　我們已經找到了有關的證據。這個是我的同事孫亞東通過牙形石做的研究，就是剛才我們提到的那一類微化石，它是這類生物的牙齒部位。大家都知道牙齒是我們骨骼中最致密的一部分，所以即使它形成了化石，它也能保存很多當時的信息。

　　我們把里面的化學信息提取出來，恢復了當時的古溫度變化，發現平均溫度在滅絕的時候升高了十多度，也就是從滅絕前的二十多度升高到了滅絕后的三十多度，而且這個升溫跟滅絕是完全同步的，所以很有可能是溫度升高引發的這樣一個滅絕。

▲Sun etal.， 2012, Science

　　而且我也通過對牙形石里面的微量元素的研究，恢復了當時海洋里面海水氧含量的變化，發現在滅絕的時候海水的氧氣大量減少，出現缺氧現象。這個事跟這次滅絕也是同步的，所以表明缺氧跟大滅絕也有關。也就是說火山帶來的氣候變化對當時的生物是一個致命的打擊。

▲Song et al.， 2012, EPSL

　　除了我們剛才提到的這些溫室氣體，還有一些其他氣體，比如硫化氫、二氧化硫這些會給陸地帶來酸雨，此外還有氟化氫，這種劇毒氣體，如果噴多了，可以直接導致它們的死亡。

　　我們當前也面臨著一個類似的情況。大家可能都知道，當前地表正在升溫，碳排放正在加劇，所以就有科學家提出，現在會不會再有一次生物滅絕事件，也就是說會不會有第六次生物大滅絕。

　　這張圖展示的是過去一百多年年平均溫度的變化。

▲Gemiddelde temperatuur 1880–2017

　　我們可以看出，從 1920 年到現在，整整一百年，地表的溫度已經升高了一度。這一度的升高對地球帶來了影響沒有？不知道大家感覺到了沒有。沒有嗎？也可能有同志感覺到了，夏天空調會用得多一些。

　　實際上這一度的升溫已經對地球帶來了很大的影響，大家看看這張圖，這張圖展示的是來自太平洋一個地方的海水的氧含量，這個藍色的就代表氧含量很低，就是因為這一度的升溫，海水低氧帶在過去幾十年正在擴張。

　　大家可能不知道，海洋里面的生物 90% 以上是生活在淺水，也就是 200 米以上的水域，所以低氧帶一旦擴張到 200 米附近，對海洋里面的生物就是一個巨大的打擊。即便是現在這種微弱的擴張，已經對海洋里面的生物帶來了很嚴重的影響。

　　我們來看一下，這是海洋里面的珊瑚，非常好看，五顏六色的。

　　但是現在有些海域，比如說大堡礁，以及巴哈馬一些區域，里面的珊瑚已經成這個樣子了，是白色的，我們稱之為珊瑚白化，白化就意味著它已經死亡了。

　　大家還記不記得我剛才講到 2.5 億年前的最大滅絕的時候，首當其沖的就是其中的一種珊瑚。所以我們現在的海洋中正在發生的事跟 2.5 億年前非常類似。

　　我們再來看一下過去半年，也就是 2018 年下半年到現在的海洋里面的珊瑚礁的變化。在這個圖里面，黃顏色代表生物礁已經受到了影響，紅顏色代表它已經嚴重受到了影響，我們可以看出很多水域里面的珊瑚礁已經受到了影響。

　　這是升高一度帶來的變化。我們再來看一看更長時間尺度的，也就是過去兩萬年氣候是怎么變的。下面這張圖展示的是兩萬年以來溫度的變化，可以看到平均溫度在過去兩萬年升高了 4 度。

　　升高 4 度帶來什么影響呢？我們看上面這張圖，這 4 度的升溫讓海平面上升了接近 100 米。因為溫度一升高，位于大陸上的或者兩極地區的冰川會融化，融化的水會流進海洋，導致海平面升高。所以說目前兩萬年 4 度的升溫對應 100 米的海平面升高，如果我們當前的溫度再繼續上升，海平面還會繼續升高。

　　這張圖是如果海平面上升 50 米，我們國家的海岸線的變化。大家看一看你們的家鄉，是不是已經在海里了？特別是我們現在在的地方——上海，已經在海里了，因為上海的平均海拔只有幾米。

　　北京的平均海拔也只有 40 米，到時候北京也是海了。包括武漢，很多地方都是海，所以說這個氣候變化跟我們人類還是有非常緊密的關系。

　　這種情況到底會不會發生呢？我們再來看一下這張圖，這張圖展示的是過去 40 萬年以來溫度的變化。大家有沒有看出什么規律性？它有明顯的周期性，一高一低，一高一低，再一高再一低。

　　因為我們現在所處的位置就是最高的位置，所以未來如果按照這個規律變化，我們的溫度應該是會降低。

　　如果溫度降低，像歐洲、加拿大它們就不愿意了。因為它們的地區會再一次形成冰川，被冰川覆蓋。但是我們上海人應該比較愿意，到時候海平面再下降，我們就有更多的土地來建房子了。

　　另外一種情況，就像過去一百年，我們過去一百年不是升高了一度嗎？如果按照這個速率，未來幾百年、一千年就會升高接近 10 度。如果是這種情況，那很有可能會引發第六次生物大滅絕。

　　所以到底是哪種情況呢？目前還不好說，但是已經有一個信號了。大家可以看看這張圖，這張圖展示的是過去 40 萬年以來溫度跟二氧化碳的曲線。

　　大家看出來什么規律沒有？這兩條曲線長得非常像，變化基本是一致的，也就是說我們的溫度的變化主要是受控于二氧化碳濃度的變化。

　　但是現在有一個不好的消息是，我們現在的二氧化碳濃度已經上升到了一個比較可怕的值，這個值已經偏離了過去 40 萬年以來的最高值，所以說這很有可能意味著我們的溫度也會偏離這個周期規律。

　　但不管怎么說我們都要愛護我們的地球，保護環境，否則我們要想跟東方明珠塔合個影都很吃力。

　　好，謝謝大家?！　?/p>

　　題圖源自：Wikimedia Commons

　　-Brocken Inaglory

總結

以上是生活随笔為你收集整理的地球史上最大的一次灭绝的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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