寒武紀三葉蟲死因竟是遭遇“連環(huán)殺”

距今約4.97億年的晚寒武紀發(fā)生了一次全球規(guī)模的碳同位素偏移事件，在200萬—400萬年期間，碳同位素偏移的幅度達6‰。伴隨著這次碳同位素偏移，全球海洋中生活的三葉蟲發(fā)生了種族滅絕。但碳同位素為何會發(fā)生偏移，偏移又為何會導(dǎo)致三葉蟲消失，一直是過去30年研究爭論的焦點。

“主謀”：海洋缺氧

近日，中國科技大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院沈延安教授團隊在寒武紀三葉蟲滅絕事件方面取得新進展。他們的研究成果發(fā)表在6月最新出版的國際權(quán)威地球科學(xué)期刊《地質(zhì)學(xué)》上。

採用新的研究思路，沈延安教授團隊對寒武紀海洋淺水和深水沉積物分別進行了高精度的碳同位素測試。沈延安介紹説：“研究揭示了碳同位素的時、空變化特徵以及晚寒武紀海洋淺水和深水存在的顯著差異，有力證明了晚寒武紀海洋與現(xiàn)代大洋化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同。研究表明驅(qū)動晚寒武紀海洋碳同位素時、空變化的原因在於當(dāng)時海洋的深部缺氧，而大規(guī)模的海洋缺氧直接導(dǎo)致了全球海洋中三葉蟲的滅絕。”

“同謀”：重金屬上升

但這裡有一個疑點：雖然海水缺氧可以殺死一部分海洋生物，但畢竟還有很多生物生活在很淺的海域，通過與大氣的氧交換，這裡並不缺乏氧氣，那麼這些生物是怎麼被殺死的？難道氧氣“劊子手”還有別的同謀？

最近的幾項新研究發(fā)現(xiàn)了蛛絲馬跡?，F(xiàn)代工業(yè)將大量重金屬排入大洋，無論是非必需元素還是過量的必需元素，都成為導(dǎo)致海洋生物畸變的隱形兇手，從微型浮游生物到大型魚類無一倖免。

但是4億多年前的地球沒有人類活動的干擾，這時的海洋還能富集重金屬嗎？答案是能，而且比現(xiàn)代海洋的重金屬含量高得多。這些金屬從何而來呢？其實它們一直都在。

海洋剛剛誕生時，曾經(jīng)充滿了各種可溶的低價金屬離子；但是數(shù)十億年前光合作用生物的興起，令海洋中增加了一個新成分——氧氣。氧氣和還原性低價金屬是不共戴天的，經(jīng)歷幾億年的化學(xué)反應(yīng)，鐵、錳和幾乎所有其他重金屬離子都變成了不溶的氫氧化物沉澱下去，封印在海底。

可是有一種情況可以打開封印，使這些金屬重獲自由，那就是缺氧。海水一旦缺氧，鐵、錳氫氧化物被還原，各種金屬以離子的形式被放歸海水。它們跟隨著洋流流經(jīng)大洋的每一個角落，包括淺海浮游生物的棲息場所。這些高含量的重金屬抑制了生物正常的生長與繁殖，深海環(huán)境與淺海生物滅絕之間的鏈條最終被搭建完畢。

“幫兇”：硒下降

硒，在所有動物及絕大多數(shù)植物的生命活動中都是不可或缺的必需微量元素，抗氧化酶和硒蛋白的構(gòu)成都少不了硒元素。

海水中硒的一大來源是陸地上的巖石風(fēng)化。這些曾經(jīng)被埋藏在海底的沉積巖，在漫長的地質(zhì)過程中被抬升到陸地上接受風(fēng)化，正常情況下高價態(tài)的硒離子在這一過程中得以釋放。高價硒離子易溶于水，於是它們搭著河流的“順風(fēng)車”回到海洋中。

但是寒武紀末，大氣中的氧氣含量隨著海水中浮游植物的相繼死亡而下降，在氧氣不足的還原條件中，硒以低價態(tài)形式存在，這些低價硒不溶于水，自然也就很難重新進入海水中。海洋中的生物渴望攝入硒卻不可得，這可能是包括三葉蟲在內(nèi)的海洋生物滅絕的另一個原因。