寒武紀(jì)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(jì)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(dá)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(huì)發(fā)生偏移，偏移又為何會(huì)導(dǎo)致三葉蟲消失，一直是過去30年研究爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。

“主謀”：海洋缺氧

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

采用新的研究思路，沈延安教授團(tuán)隊(duì)對(duì)寒武紀(jì)海洋淺水和深水沉積物分別進(jìn)行了高精度的碳同位素測(cè)試。沈延安介紹說：“研究揭示了碳同位素的時(shí)、空變化特征以及晚寒武紀(jì)海洋淺水和深水存在的顯著差異，有力證明了晚寒武紀(jì)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(dòng)晚寒武紀(jì)海洋碳同位素時(shí)、空變化的原因在于當(dāng)時(shí)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

但這里有一個(gè)疑點(diǎn)：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，這里并不缺乏氧氣，那么這些生物是怎么被殺死的？難道氧氣“劊子手”還有別的同謀？

最近的幾項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了蛛絲馬跡。現(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幸免。

但是4億多年前的地球沒有人類活動(dòng)的干擾，這時(shí)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(shí)它們一直都在。

海洋剛剛誕生時(shí)，曾經(jīng)充滿了各種可溶的低價(jià)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(gè)新成分——氧氣。氧氣和還原性低價(jià)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淀下去，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(gè)角落，包括淺海浮游生物的棲息場(chǎng)所。這些高含量的重金屬抑制了生物正常的生長(zhǎng)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(dòng)物及絕大多數(shù)植物的生命活動(dòng)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(zhǎng)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(jià)態(tài)的硒離子在這一過程中得以釋放。高價(jià)硒離子易溶于水，于是它們搭著河流的“順風(fēng)車”回到海洋中。

但是寒武紀(jì)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(jià)態(tài)形式存在，這些低價(jià)硒不溶于水，自然也就很難重新進(jìn)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(gè)原因。（吳長(zhǎng)鋒）