我国发现二叠纪末大灭绝期间的陆地“避难所” | 科技前线

距今约2.52亿年的二叠纪末大灭绝是地球历史上最严重的一次生态危机，导致了当时海洋中80%以上的物种灭绝，那么它对陆地的影响究竟如何？古生物学界对此观点不一。

中国科学院南京地质古生物研究所、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等组成的研究团队，对我国新疆吐哈盆地西缘出露的南桃东沟剖面中产出的孢粉化石进行了研究，发现了二叠纪末大灭绝期间的陆地“避难所”。

▲南桃东沟剖面：二叠纪末大灭绝期间的陆地“避难所”

01

幸存的陆地植被

在南桃东沟二叠纪末大灭绝前后地层中已发现的33个孢粉属中，研究团队未发现大灭绝导致任何一个孢粉属灭绝。与这些孢粉化石同层原位保存的植物化石中，还有大量的松柏类树干化石和蕨类茎秆化石。

这表明南桃东沟地区从二叠纪末大灭绝前16万年到大灭绝后16万年，一直存在繁盛的临水蕨原和松柏类森林，这些植被的生存延续，并未被二叠纪末大灭绝打断。

▲在南桃东沟剖面二叠纪末大灭绝开始时期的地层中发现的裸子植物或种子蕨类的双气囊花粉

▲南桃东沟剖面发现的松柏类树干化石，其出现年代为二叠纪末大灭绝开始时期

但是，在33个孢粉属的99个属种中，约有55%的属种在二叠纪末大灭绝后消失，这暗示当地在大灭绝后不久可能存在植物群灭绝。

研究团队发现，这些消失的孢粉属种在世界其他地区，甚至在临近的新疆其他同时代剖面的早三叠世地层中都大量存在，只是由于区域环境波动，这些孢粉母体植物暂时迁出了南桃东沟地区。

若将世界其他地区的孢粉数据纳入考虑，南桃东沟剖面记录的孢粉化石种，在大灭绝后真正灭绝的可能仅为21%，远低于海洋生物在同期的灭绝率。

02

10倍速的生态系统重建

之前主流观点认为，二叠纪末大灭绝导致陆地初级生产力大幅降低，陆地生态系统多样性，需要超过100万年才能恢复到灭绝前水平。

但南桃东沟陆地生态系统多样性的恢复速度，比其他地区快10倍以上，这也反证了该地区在二叠纪末大灭绝期间，并未出现明显的陆地植被大灭绝现象。

逃过大灭绝的植被，对整个南桃东沟地区的陆地生态系统重建极为重要。

与孢粉和植物化石同层保存的大量四足动物骨骼化石表明，在二叠纪末大灭绝结束后仅七万五千年，南桃东沟地区已开始出现大量食草四足动物水龙兽和食肉动物迟滞鳄，形成了包括初级生产者、初级消费者和次级消费者在内的复杂陆地生态系统。

▲南桃东沟剖面二叠纪－三叠纪界线附近发现的四足动物骨骼化石

由于这些四足动物在新疆地区较早地层中没有相关化石记录，研究团队认为，它们是二叠纪末大灭绝后从其他地区迁移而来。

南桃东沟在二叠纪末大灭绝后，相对其他地区具有更丰茂的水草和宜居的环境，为迁入动物的生存提供了必要条件，使它们能在大灭绝后短短几万年内快速大量繁衍。

▲桃东沟剖面发现的木贼类化石（左图），出现年代约为二叠纪末大灭绝后5万年，与现代木贼类（右图）几乎完全相同，是水龙兽的主要食物来源

03

局地气候

缔造“安全区”

研究团队发现，当地植被能够逃过二叠纪末大灭绝，主要与当地长期稳定的局地气候有关。桃东沟地区在二叠纪灭绝前后一直保持半湿润－季节性干旱气候，常年降雨维持在1000毫米左右。

▲南桃东沟地区二叠纪末大灭绝前（B）、大灭绝期间（A）和大灭绝后（C）陆地景观复原图。杨定华绘制

尽管新疆吐哈盆地，与西伯利亚大火成岩省这一导致二叠纪末大灭绝的主要诱因距离很近，但吐哈盆地却出现了陆地植被的“避难所”，成为陆地其他生物快速复苏的“生态绿洲”。

这表明，导致生物灭绝的环境因素在陆地的分布，确实受到不同纬度大气环流和局地气候的限制。

相关论文信息：

DOI: 10.1126/sciadv.ads5614

来源：中国科学院南京地质古生物研究所

责任编辑：王颖