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從生物圈角度認識和保護地球

發布時間:2019-06-10 03:20:43   來源: 中國礦業報

面对日益严峻的气候变暖 、臭氧层破坏、生物多样性减少、酸雨蔓延 、森林锐减 、土地荒漠化 、大气污染、固体废物污染等问题,人们越来越认识到保护地球——人类共同家园的重要性。联合国将每年的4月22日设为“世界地球日”,今年4月22日是第46个世界地球日。那么,我们应该如何从生物圈的角度来认识和保护地球呢?这就要从漫长的生物演化过程中的重大生物事件讲起。

生物界在地質曆史時期經曆了數十億年的宏觀演化過程。這個過程紛繁複雜、精彩萬分,不僅充盈著無數次各類、各級生物的起源、發展、和演化(輻射)事件,也包含著多次大規模的集群絕滅(簡稱“大滅絕”)、大滅絕後的生物殘存與複蘇事件。揭示這些事件的規律以及對生物界演化所産生的後果,是生物宏觀演化研究的重要組成部分。近30年來,相關的研究成果引起了包括古生物學家、地質學家、生物學家、天文學家等專家的關注,並影響著公衆的科學觀。探討生物滅絕的發生過程和控制因素、偵破導致大滅絕的“元凶”,尤其引人注目。因爲,這些內容爲人類自身的生存環境提供著不容忽視的大尺度、長曆史的地史借鑒。

生命的起源

首先讓我們來了解生物圈的早期生命事件。關于地球在其曆史中出現生命的最早時間,是隨著分子古生物學的發展和對化學化石研究的深入而逐步確定的。在格陵蘭距今38億年前的太古宙沈積岩中曾發現碳氫化合物。科學家認爲,當時地球可能已存在生命。科研人員根據在西澳大利亞34億年~35億年前的沈積岩中找到絲狀至鏈狀細胞判斷,它們可能代表了最早的菌、藻類生物體。

在距今約18億年前的元古早期就出現了真核生物。科研人員在我國元古薊縣系霧迷山組(距今約13億年前)、長城系高于莊組(距今約14.3億年前)、團山子組(距今約17億年前)和長城系底部(距今約18億年前)等地發現多細胞藻類和單細胞真核浮遊藻類及簡單真核生物化石。

科研人員在澳大利亞距今約5.6億年前的龐德石英岩中發現的Ediacara動物群(伊迪卡拉動物群)代表了後生動物的出現。伊迪卡拉動物群具有與寒武紀以後的後生動物完全不同的生物結構,它們不能與寒武紀以後的後生動物門類進行簡單對比。大量關于前寒武紀的報道表明,遺迹化石早于實體化石記錄。

距今5.43億年前開始有帶殼後生動物出現(寒武紀生物大爆發第一幕),它以出現多門類小殼動物化石爲特征,這使得保存化石的可能性大大提高。而生物造岩被視爲生物演化過程中裏程碑式的發現。

距今约5.4亿年前发生了众所周知的寒武纪生物大爆发(寒武纪生物大爆发第二幕)。它以我国云南澄江下寒武统筇竹寺阶Eoredlichia化石带中发现的澄江动物群为代表。这个时期的化石数量多、类型丰富、保存精美。与此相类似,科研人员在加拿大的大不列颠哥伦比亚省布尔吉斯页岩中找到的距今5.05亿年前的Burgess Shale Fossil Beds化石群里有大约119属140种动物。这个时期,节肢动物是优势种群,另外包括海绵、蠕虫、腕足甚至脊索动物等的软体都有保存,而且这些生物大多数生活在深海。

生物集群絕滅事件

自生物圈形成以來,地球上曾經存在過40多億種動植物,其中絕大部分生活在顯生宙。但現今只有幾百萬種生物,99.9%的生物均已滅絕。了解了生命的起源,接下來讓我們來了解生物演化過程中的集群絕滅事件。

地史中任一時期均有物種絕滅。若其絕滅率維持在一個低水平上,每百萬年絕滅0.1~1.0個物種,這種絕滅被稱之爲“背景絕滅”。地史時期,多門類生物近乎同時絕滅,絕滅率大幅度升高,稱爲“集群絕滅”。它的特點是短時間內,主要生物類別、大量生物突然消失,生物分異度和生物量降低。

第一次大的生物集群絕滅事件发生在奥陶纪-志留纪之交,也就是距今4.35亿年前,主要灭绝生物门类为三叶虫、鹦鹉螺类、具铰纲腕足类、海百合等,其中笔石种的绝灭率高达87%。这次事件对低纬热带地区的影响较大,对高纬度地区和深水区影响较小。

第二次生物絕滅事件發生在距今3.7億年前的泥盆紀晚期,主要滅絕生物門類有四射珊瑚潛水種、層孔蟲、竹節石、具鉸綱腕足類、菊石等。

第三次生物絕滅事件發生在二疊紀-三疊紀之交,也就是距今2.5億年前,是顯生宙以來最大的集群絕滅事件。筳、珊瑚、腕足等海洋生物界受影響最大,特別是底棲生物和窄鹽性生物。兩棲類、獸孔目爬行類等也在這次事件中急劇衰落。

第四次生物絕滅事件發生在三疊紀-侏羅紀之交,即距今2億年前,滅絕生物門類主要有腹足類、雙殼類、海生爬行類等,其中牙形石類全部滅絕。陸生脊椎動物在這次滅絕事件中也受到很大影響。

第五次絕滅事件發生在距今6500萬年前的白垩紀末,也是顯生宙以來第二大集群絕滅事件。本次事件中恐龍、菊石、箭石全部滅絕。受影響最大的是陸地上的恐龍和海洋生物界的漂遊生物及一些底棲生物類別。

對導致生物集群絕滅的原因衆說紛纭,其中較爲公認的因素有以下幾種:一是地外因素——這種說法認爲是由小行星、彗星對地球的撞擊,超新星爆炸、太陽耀斑等引起;二是地內因素——這種說法認爲是由全球性海平面變化、氣候的冷暖劇變、大規模火山爆發和地球物理場的劇變所導致;三是基因突變和生物體結構的巨變等生物演化內在因素,如伊迪卡拉動物群的絕滅。

需要注意的是,生物集群絕滅的原因通常不是單一的。比如星體撞擊可以引起火山噴發。火山可以分爲陸地火山和海底火山,陸地火山的噴發可以導致火山灰大量覆蓋,導致植物光合作用受阻,溫度也下降。而且火山灰也含大量有毒物質,對大多數物種的影響都是致命的。

生命的旋回

就這樣,生物通過滅絕期-殘存期-複蘇期-輻射期形成生命的旋回。在這裏,要爲大家澄清一個誤區,就是以爲生物大滅絕就是生物完全消失不留下後裔,其實不是這樣的。地球上有各種各樣的循環,我們循環利用風能、水資源,甚至有板塊學說的威爾遜旋回、天文學與地質學相結合體現在層序上的米蘭科維奇旋回。同樣,生命也有旋回,也存在著奇妙的發展演化過程。

残存期生态系在大灭绝期被毁坏,生态系处于“贫瘠”状态,生物分异度很低,只有那些具有先进形态功能结构的属种,或者生态忍耐度很强的属种残存。灭绝期前出现的“新生分子”, 在残存期以幸存者占主导地位,但数量很少,灾后泛滥种的个体数量可达到鼎盛。残存期的灭绝率和成种率趋于零,很少出现土著分子。残存期揭开了大灭绝后生物演化新阶段的序幕。

複蘇期緊跟在殘存期後,又是輻射期的前夜,它揭開了大滅絕後生物演化新階段的第一幕。因爲,殘存期幾乎沒有新生分子,即便有少數,也還不成氣候。複蘇期恢複了正常的環境,新的生態系統基本建立。群落類型和群落數量增多,群落結構趨于複雜。新生型分子、廣布分子和土著分子開始出現,生物地理區系變得明顯。這個階段,新進化的類型占優勢,分異度明顯高于殘存期,從整體情況來說比殘存期好,比輻射期差。

輻射期是大滅絕後生物演化的高潮一幕,新的生態系統已經完全建立,並不斷完善,環境已變得適宜各類生物的生存。這個階段,生物分異度和豐度達到頂峰,成種率大大高于複蘇期。由于分異度的增高,群落類型增多,群落結構變得複雜。生物成功地占領廣闊的生態領域。輻射期較高的分類單元大量産生,新的形態構造和器官等演化新質普遍出現,生物礁的發育是輻射期的良好標志。

在地史時期,生物圈、水圈、大氣圈和岩石圈協同、耦合作用,生物演化由低級到高級、由簡單向複雜呈現出間斷平衡的特征。

至此,從提出問題、到分析問題,我們了解了科學的客觀規律,現在我們要積極地解決問題。通過上述內容,我們從生物圈了解了地球上生命的起源、演化。而人類正面臨著所謂的“第六次生物絕滅期”,在這個過程中每個人都應該有所作爲。在實際生活中,我們應該通過身邊一些力所能及的小事,來愛護動物、保護環境、共同捍衛地球——我們共同的家園。

为此,我们提议: 去超市购物,自备环保袋,减少使用塑料袋;借助复印或打印机使用纸张时,请尽量双面打印;出门前检查家用电器电源是否关闭,减少待机;多乘坐公共交通工具,绿色出行。如果以上简单的几款良好习惯已融入您的生活中,那么请把您的绿色思想传播给身边的朋友,通过您的举手之劳帮助我们扮演好自己的角色,担当起保护家园的责任!