分子化石揭示了距今约2.5亿年二叠纪—三叠纪之交生物危机的多阶段性

日期 2005-04-25　来源：地球科学部　作者：刘羽姚玉鹏　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　Nature杂志于2005年3月24日发表了中国地质大学（武汉）青年学者谢树成博士和殷鸿福院士等有关二叠纪—三叠纪界线（约250Ma）附近的分子化石的研究成果。　　在国家自然科学基金的长期资助下，该研究小组曾在将全球二叠纪—三叠纪界线层型剖面（“金钉子”）落户于我国浙江长兴煤山剖面方面做出了重要贡献，并获得2002年度国家自然科学奖二等奖。但对于二叠纪—三叠纪界线附近发生的显生宙最大的生物灭绝事件，其地质过程仍是国际关注的热点之一。长期以来，有关对二叠纪—三叠纪界线生物集群灭绝的认识，主要来自于地层中所保存下来的大化石和微体化石记录，而且主要着重于海洋无脊椎动物，这仅涉及到生态系统比较小的一部分。有关生态系统的初级生产者（特别是藻类、蓝细菌等）和分解者（菌类）的工作比较薄弱，难以对当时整个生态系统的危机作出回答。　　在国家自然科学基金的持续资助下，我国学者与英国学者合作，利用气相色谱、气相色谱-质谱联用仪等有机地球化学手段，对我国浙江长兴煤山D剖面二叠纪—三叠纪界线附近的分子化石进行了研究。从分离出的饱和烃组分中检测出一系列具有明确生物学意义的有机分子。其中的一类有机化合物是2-甲基藿烷，这类化合物是海洋食物链底层蓝细菌的标志化合物，它由蓝细菌中的2-甲基藿多醇经成岩作用转化而来。因此，根据这类化合物的变化可以揭示当时海洋中蓝细菌的变化情况。为了消除沉积和成岩作用对单个化合物丰度的影响，研究人员构建了一个2-甲基藿烷指数，即来源于蓝细菌的2-甲基藿烷与来源于一般细菌的藿烷的比值，它能够反映细菌群落中蓝细菌的相对变化情况。　　研究结果发现，2-甲基藿烷指数在煤山剖面的第24层（包括25层底部）和第27-28层出现了两次很明显的最低值，而后又紧接着在第26层和第29层分别出现两个最高值，这反映了煤山剖面二叠纪-三叠纪界线至少存在两次蓝细菌的剧烈变化。　　为了能够进一步了解由2-甲基藿烷指数反映出的蓝细菌变化与无脊椎动物集群灭绝之间的关系，该课题组研究人员根据我国学者曾在Science杂志上报道的煤山剖面二叠纪—三叠纪界线附近每个层位动物化石种的分布情况，算出对应层位无脊椎动物的灭绝率。计算结果显示，在第25层和第28-29层出现两个动物灭绝高峰。因此，动物灭绝高峰与前述的反映蓝细菌变化的2-甲基藿烷指数在地层上有很好的耦合关系：2-甲基藿烷指数的最低值与动物灭绝的高峰同时或稍提前出现，而其最高值在动物灭绝高峰之后出现。这种耦合关系显示了微生物和动物的变化是紧密关联的，它可能反映了微生物和动物同时对外界环境条件（如营养波动）的响应，也可能是它们之间生态耦合的反映（如食物压力和对生态空间的争夺）。而且，煤山剖面出现的蓝细菌变化情况与东特提斯和泛大洋出现的蓝细菌繁盛现象吻合，后者主要是根据钙质微生物岩得出的结论。　　有关二叠纪—三叠纪界线附近生物危机的阶段性一直存在争议，有人认为是单阶段，有人则主张是多阶段的，生物危机的阶段性直接制约着人们对引起生物灭绝的原因的认识。不管是哪个模式，主要是从无脊椎动物得出的结论，目前还缺少生态系统其他组成部分的证据。该研究以界线附近反应蓝细菌变化的2-甲基藿烷为对象，高分辨率的2-甲基藿烷指数与海洋无脊椎动物灭绝率共同揭示了在显生宙全球最大生物灭绝期间至少存在两次生物危机。　　该界线附近的钻探研究工作仍在继续进行，更多的未知等待着科学家的探索。