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光明日報(bào)南京1月7日凌晨電（記者蘇雁 通訊員姬尊雨）距今2.52億年前的二疊紀(jì)末大滅絕事件是顯生宙最大一次滅絕事件，造成了約81%的海洋物種和89%的陸地物種滅絕。其主要原因被認(rèn)為是大規(guī)模火山噴發(fā)導(dǎo)致的環(huán)境變化，但仍缺乏環(huán)境因素影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的直接證據(jù)。近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員劉鋒與英國、德國同行等合作，通過研究該時(shí)期化石花粉粒中“防曬霜”含量的變化，發(fā)現(xiàn)臭氧層破壞導(dǎo)致二疊紀(jì)末陸地生物大滅絕的直接證據(jù)，研究成果于1月6日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》。

科學(xué)家普遍認(rèn)為二疊紀(jì)末期西伯利亞大火成巖省的噴發(fā)造成的全球溫室氣體增加、全球變暖及海洋酸化可能是引起大滅絕的主要誘因。這些環(huán)境因素是如何影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的？目前仍有很多爭論。

一些孢粉學(xué)家在陸相二疊—三疊紀(jì)過渡剖面發(fā)現(xiàn)了一些畸形孢子和花粉，推測這可能是由西伯利亞大火成巖省噴出的鹵族元素造成的全球臭氧層破壞誘發(fā)的紫外線輻射增加引起的。但對現(xiàn)代植物中產(chǎn)出的畸形孢子和花粉的研究表明，干旱、空氣污染以及植物體的外傷都有可能誘發(fā)植物體產(chǎn)生畸形孢子或花粉。僅憑在陸相二疊—三疊紀(jì)過渡剖面發(fā)現(xiàn)的少量畸形孢子和花粉并不能直接證明二疊紀(jì)末期大滅絕期間存在全球臭氧層空洞引起的紫外線輻射增加。

如何測定反推地質(zhì)歷史時(shí)期大氣紫外線輻射強(qiáng)度成了研究的突破點(diǎn)。光合作用可以為植物體生長提供能量，但陽光中有害的紫外線會(huì)對植物生殖細(xì)胞（孢子和花粉）中遺傳信息產(chǎn)生破壞。為適應(yīng)陸地輻射環(huán)境，植物體的生殖細(xì)胞演化出了調(diào)控機(jī)制。植物的孢子和花粉的外壁中含有大量功能與“防曬霜”十分相似的化合物（香豆酸和阿魏酸），這些化合物可形成共振穩(wěn)定的酚自由基，抵抗紫外線引起的氧化作用，從而保護(hù)脆弱的孢子和花粉，為陸生植物的傳播和繁衍提供了保障?，F(xiàn)代植物學(xué)家觀察到植物體會(huì)根據(jù)周圍紫外線輻射環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)其生殖細(xì)胞外壁“防曬霜”含量，且“防曬霜”能夠在惰性的孢子和花粉外壁中保存很長時(shí)間。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，理論上可以通過“防曬霜”在孢子、花粉中的含量測定反推地質(zhì)歷史時(shí)期大氣紫外線輻射強(qiáng)度。這也是該研究方法第一次用于現(xiàn)代花粉研究之外的用途。

研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用傅里葉變換紅外光譜，對產(chǎn)自我國西藏南部二疊—三疊紀(jì)過渡剖面的1011粒阿里型花粉中的香豆酸和阿魏酸進(jìn)行了定量測量，通過對紅外光譜的大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在二疊紀(jì)末大滅絕期間地層中花粉外壁的香豆酸和阿魏酸含量明顯高于滅絕前后化石花粉中該化合物的含量，直接證明了二疊紀(jì)末期大滅絕期間存在全球紫外線輻射增加的現(xiàn)象。同時(shí)，通過對剖面地層的有機(jī)碳同位素和汞的濃度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)指標(biāo)的異常波動(dòng)與化石花粉中出現(xiàn)大量香豆酸和阿魏酸的層位基本相當(dāng)，進(jìn)一步確認(rèn)了研究結(jié)論。

空氣中紫外線輻射量的增加對整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的影響。為了抵御紫外線對葉肉細(xì)胞的破壞，植物體會(huì)在其葉片中大量合成葉黃素等，相應(yīng)減少葉綠素的合成，導(dǎo)致植物體光合作用的減弱，進(jìn)而使得植物體對溫室氣體吸收能力減弱，進(jìn)一步加重了二疊紀(jì)末期火山噴發(fā)引起的全球溫室氣體增加。另外，葉黃素等對草食動(dòng)物和昆蟲來說難以消化、營養(yǎng)價(jià)值較低，紫外線輻射的增加由此間接影響了陸地食物鏈，可能是導(dǎo)致二疊紀(jì)末陸地草食動(dòng)物以及昆蟲大滅絕的主要原因。

“植物的光合作用是全球最大的減碳、固碳過程，而這一過程很容易受到紫外線強(qiáng)度增加的抑制。二疊紀(jì)末期的陸地上的大滅絕其實(shí)是溫室氣體增加和紫外線輻射增強(qiáng)相互疊加引起的。如今地球上溫室氣體仍在不斷增加，我們需要注意紫外線輻射強(qiáng)度，避免兩者疊加，造成生態(tài)災(zāi)難?！眲h告訴記者。