二叠纪的“末日方舟”：吐哈盆地成为大灭绝中的生命绿洲

现代人类心理上最接近末日感受的时刻，或许就是当末日预言蔓延之时。无论是远古文明的末日传说，还是各种未经证实的末日传闻，都让许多人不禁开始想象世界末日的景象。在电影中的一些末日场景中，当全球被洪水吞噬，只有青藏高原因其高海拔成为“安全之地”。

纵使在科技发达的今日，当灾难来临，人类也独木难支，仍然需要寻找地理屏障的庇护。而在2.5亿年前，当生命经历史上最惨烈的生物大灭绝（二叠纪末大灭绝）时，世界上竟也有一些天然的“避难所”存在，用它们独特的地理环境守护了毫无自保能力的远古生命，而其中一个庇护所，就位于我国新疆。

陆海殊途：陆地灭绝之谜的科学争议

2.52亿年前的地球，如同按下了“重启键”。西伯利亚和其他地区的超级火山在那时喷发，持续数十万年，仅西伯利亚火山爆发的熔岩覆盖面积就超过300万平方公里，相当于整个欧洲。巨量的二氧化碳和有毒气体涌入大气，造成极其严重的海洋酸化，导致地球上81%的海洋生物物种灭绝。

海洋遭受如此重创，陆地生态系统想必也难以幸免。然而，由于人类发现的保存陆地生物化石的二叠纪-三叠纪界线地层非常罕见，缺乏证据，陆地生物的灭绝程度究竟如何，科学家们一直争论不休。

有的说陆地也一样，因为三叠纪初地层中蕨类植物、石松类激增，暗示当时由裸子植物和种子蕨组成的森林崩溃后，生长迅速的“杂蕨”在荒地上大量生长；有的说没那么糟糕，他们认为，在不同纬度大气环流的影响下，有毒物质不能扩散到世界各处，难以引起像海洋一样的全球性环境灾难。还有观点认为，陆地也出现了灭绝，但许多看似灭绝的植物，其实在三叠纪再次出现，它们或许只是暂时受到了打击，在没有被破坏的“生命防空洞”里“隐居”，等待环境恢复。

大灭绝时期的哈吐盆地：末日浩劫中的生命绿洲

然而，要破解这场学术争议，关键在于找到记录灭绝全过程的连续地层。争论不休的最主要原因，在于没有发现能够提供直接证据的、在大灭绝期间持续存在的地层，科学家们只能根据间接的二叠纪、三叠纪地层来推测。

2025年3月，中国科学院南京地质古生物研究所博士彭辉平在研究员刘锋的指导下，与中国科学院南京地质古生物研究所研究员万明礼、美国密苏里科技大学教授杨晚以及中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员刘俊合作，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详细研究，终于发现了确切的二叠纪末大灭绝期间的陆地“避难所”，成果于北京时间3月13日发表于《科学进展》（Science Advances）。

吐哈盆地在二叠纪和现代的位置，以及探查的剖面

（图片来源：参考文献[1]）

转机出现在2012年，团队在吐哈盆地发现了一处地质剖面：南桃东沟（STD）。他们在凝灰岩层中提取锆石，用高精度CA-ID-TIMS铀-铅同位素年龄建立的贝叶斯年龄模型发现，这个剖面的中值年龄范围从252.10到251.67百万年（Ma），拥有着跨越二叠纪-三叠纪界线的连续沉积层，时间跨度大概从二叠纪末大灭绝前16万年一直到大灭绝结束后的16万年。

随后在2019年，团队对剖面进行了更加详细的采样，从中提取出孢粉（植物孢子和花粉化石），借以分析当时的植物群落。在统计后，科学家们发现，在灭绝事件发生之前，当地的孢粉主要由大量的三缝孢子组成，占总体组成的36.1%至93.0%。三缝孢子来源于石松类，可能是当时新疆广泛分布的肋木属(Pleuromeia)。

石松是一类较为原始的维管植物，从志留纪一直存活到现代，著名的“九死还魂草”卷柏就是石松纲的成员。它们的生活和繁殖非常依赖湿润的环境，在现代主要分布于热带森林林下和水体附近。该发现表明，在二叠纪末期，当时的新疆吐鲁番-哈密盆地并非今日的干燥沙漠，而是生机盎然的湿润平原和湖泊三角洲。

现代石松（Lycopodium deuterodensum

（图片来源：kaipatiki_naturewatch）

大灭绝的发生影响了全球，吐哈盆地也受到了影响，盆地内某些地区出现了季节性干旱。依赖湿润环境的石松类受到打击，优势地位迅速被松柏类裸子植物取代。三缝孢子的占比显著下降，而来源于松柏类的双囊花粉的比例大幅增加，占总组合的71.2%至92.9%。

同时，科学家在对应这个时期的砂岩层中，挖掘出原地埋藏的、具有复杂根系结构的松柏类树干化石和蕨类茎秆化石的木质树干化石，证明了在灭绝事件发生时，这里依然矗立着茂密的针叶树林，并没有被火山喷发毁灭。少量芦木类化石也同时存在，显示部分耐旱的石松植物也存活下来，与裸子植物和种子蕨共同在全球灭绝的背景下维持了一个以森林覆盖为主的湖泊三角洲环境。

虽然其他地方可能已是大地龟裂，植物枯死，一片荒凉，但吐哈盆地内，却是一片生机盎然的景象。盆地周围的山脉遮挡了火山灰和热浪，水体的存在缓解了干旱气候的影响，使吐哈盆地只出现季节性干旱而非极端荒漠化。湖泊面积可能缩小，但未干涸；松林和种子蕨坚韧地挺立在相对干燥的河岸和冲积平原上，成为灰暗世界中醒目的绿色堡垒。

吐哈盆地的孢子和花粉，其中，三裂孢子是石松类的特征，而花粉是裸子植物的特征

（图片来源：参考文献[1]）

灭绝事件后的奇迹：生态系统快速重建

在灭绝事件发生后几万年，恶劣的环境冲击逐渐被生态系统自我调节所缓解。这时，代表低矮石松类的三缝孢子比例回升至62.9%，表示气候逐渐恢复半湿润状态。但松柏类并未消失，代表裸子植物的Klausipollenites schaubergeri花粉依然占据较高比例，表示高大植被系统并没有被灭绝事件彻底摧毁。在该花粉层位下方，科学家还发现了大量原位的小型芦木类茎秆化石和硅化的针叶树木材碎片，证明了植被的丰富性和快速再生能力。

虽然笨重的、以石松为食的大型植食动物——二齿兽吐鲁番兽（Turfanodon）还是消失了，但针叶林的存在为幸存动物提供了庇护和食物，吸引了大量在吐哈盆地附近求生的陆地动物。在灭绝事件发生后对应的地层里，科研人员发现了许多保存完好的四足动物骨骼化石，被鉴定为水生的肉食性迟滞鳄和植食性的水龙兽类（Lystrosaurus），这些发现支持该区域当时有河流或湖泊存在。

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，科研人员认为，它们是二叠纪末大灭绝后从其他地区迁移而来。这说明，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，为这些迁入动物的生存提供了必要条件，使它们能在大灭绝后的短短几万年内快速大量繁衍。

原位埋藏的植物化石(A,B,C)和动物化石水龙兽类（G,H）

（图片来源：参考文献[1]）

在那时的吐哈盆地，新生的芦木和蕨类在湿润的土壤上快速生长，耐旱的松柏依然点缀在稍高的坡地。水龙兽群在湖边觅食，类似鳄鱼的迟滞鳄在河流中伺机而动，一片勃勃生机、万物竞发的景象。

这处地层的时间，是在大灭绝结束后7.5万年，也就是说，一个包含生产者（植物）、初级消费者（水龙兽）、次级消费者（肉食迟滞鳄类）的完整、多样化的陆地食物链，在大灭绝结束后仅7.5万年内就在这里重建完成！这是目前全球已知最早的大灭绝后重建的复杂陆地生态系统记录。

相比之下，在植物被破坏的地区，恢复陆地生态系统多样性到灭绝前水平通常需要数百万年。这表明该地区的陆地生态系统和植物群落在整个大灭绝期间一直保持功能，并未被摧毁。

科学家想象的二叠纪末-三叠纪初的吐哈盆地。B为灭绝前，水草丰美；A为灭绝开始后，气候变得干燥，但植物仍然存在；C为恢复后，重新出现了丰富的动物群

（图片来源：参考文献[1]）

绝境生机：吐哈盆地何以成为“火炉旁的绿洲”？

吐哈盆地中生命的持续存在，可以称为奇迹。西伯利亚火山如同一个持续喷发的巨型毒气弹，而2500公里外，仅相当于西安到乌鲁木齐的距离，吐哈盆地却奇迹般地维持着生机。这并非偶然，而是得益于它独特的气候。

根据中桃东沟剖面古土壤基质的减钾风化指数显示，该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。这种气候即使在二叠纪末大灭绝期间也保持稳定，是南桃东沟地区植被得以在二叠纪大灭绝中幸存的主要原因。

至于为何降水量仍然稳定且生态系统没有被毒气直接摧毁，目前还没有定论。最可能的解释是，其特殊纬度的大气环流隔绝了毒气；此外，山脉阻隔、湖泊群的缓冲和当地“草本”“木本”混交的多样化植被系统也可能起到了作用。

在那毁天灭地的火山末日中，新疆的吐哈盆地成为了“火炉旁的绿洲”。就像现代新疆茫茫沙漠中依山傍水的绿洲一样。2.5亿年过去，沧海桑田，二叠纪的湖泊湿地已经变成了茫茫戈壁，曾经生活在吐哈盆地的生物，如今已亿不存一。然而，那些在在二叠纪幸存的种子，现在已经变成了遍布中国的苍松翠柏；而在那里居住过的小动物中，或许还潜藏着人类的祖先——在那时，它们一定正隐藏在某一处类似吐哈盆地的“陆地避难所”里，凭借地理环境的保护得以幸存。

位于吐鲁番的火焰山。今天，吐哈盆地的大部分地区都已经变为戈壁沙漠，但它在二叠纪末灭绝中保护的动植物，现在已经成为地球丰富生物多样性的一部分

（图片来源：维基百科）

生命避难所的终极准则：敬畏自然

时光飞逝，在现代，人类已经兴旺发展，科技也已较为发达，但无论是面对特大暴雨、全球变暖，还是台风、地震等自然灾害，我们依然深刻认识到：在地球的力量面前，人类依旧十分渺小。

根据科学研究，人类可能正在制造地球历史上第六次生物大灭绝。现在的各种极端气候，许多背后都有人类的影响。在这场潜在的生态危机中，找到天然的避难所对人类至关重要。而新疆南桃东沟的化石证据表明，尽管新疆吐哈盆地与二叠纪末大灭绝的主要诱因——西伯利亚火山喷发距离很近，但这个看似最危险的地方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”。

这一发现启示我们：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影响，表面上最危险的地方反而可能最为安全。也许，在亲手制造的酸雨，温室效应，空气污染等引起的下一次大灭绝中，人类也许可以继续住到新疆——当然，那一天最好永远不要到来。

参考文献：

[1]Peng, Huiping, et al. “Refugium amidst ruins: Unearthing the lost flora that escaped the end-Permian mass extinction.” Science Advances11.11 (2025): eads5614.

出品：科普中国

作者：刘昊东（东北师范大学）

监制：中国科普博览