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从生物圈角度认识和保护地球
时间:2016-06-12     来源:

   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。

  生物界在地质历史时期经历了数十亿年的宏观演化过程。这个过程纷繁复杂、精彩万分,不仅充盈着无数次各类、各级生物的起源、发展、和演化(辐射)事件,也包含着多次大规模的集群绝灭(简称“大灭绝”)、大灭绝后的生物残存与复苏事件。揭示这些事件的规律以及对生物界演化所产生的后果,是生物宏观演化研究的重要组成部分。近30年来,相关的研究成果引起了包括古生物学家、地质学家、生物学家、天文学家等专家的关注,并影响着公众的科学观。探讨生物灭绝的发生过程和控制因素、侦破导致大灭绝的“元凶”,尤其引人注目。因为,这些内容为人类自身的生存环境提供着不容忽视的大尺度、长历史的地史借鉴。

  生命的起源

  首先让我们来了解生物圈的早期生命事件。关于地球在其历史中出现生命的最早时间,是随着分子古生物学的发展和对化学化石研究的深入而逐步确定的。在格陵兰距今38亿年前的太古宙沉积岩中曾发现碳氢化合物。科学家认为,当时地球可能已存在生命。科研人员根据在西澳大利亚34亿年~35亿年前的沉积岩中找到丝状至链状细胞判断,它们可能代表了最早的菌、藻类生物体。

  在距今约18亿年前的元古早期就出现了真核生物。科研人员在我国元古蓟县系雾迷山组(距今约13亿年前)、长城系高于庄组(距今约14.3亿年前)、团山子组(距今约17亿年前)和长城系底部(距今约18亿年前)等地发现多细胞藻类和单细胞真核浮游藻类及简单真核生物化石。

  科研人员在澳大利亚距今约5.6亿年前的庞德石英岩中发现的Ediacara动物群(伊迪卡拉动物群)代表了后生动物的出现。伊迪卡拉动物群具有与寒武纪以后的后生动物完全不同的生物结构,它们不能与寒武纪以后的后生动物门类进行简单对比。大量关于前寒武纪的报道表明,遗迹化石早于实体化石记录。

  距今5.43亿年前开始有带壳后生动物出现(寒武纪生物大爆发第一幕),它以出现多门类小壳动物化石为特征,这使得保存化石的可能性大大提高。而生物造岩被视为生物演化过程中里程碑式的发现。

  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。

  生物集群绝灭事件

  自生物圈形成以来,地球上曾经存在过40多亿种动植物,其中绝大部分生活在显生宙。但现今只有几百万种生物,99.9%的生物均已灭绝。了解了生命的起源,接下来让我们来了解生物演化过程中的集群绝灭事件。

  地史中任一时期均有物种绝灭。若其绝灭率维持在一个低水平上,每百万年绝灭0.1~1.0个物种,这种绝灭被称之为“背景绝灭”。地史时期,多门类生物近乎同时绝灭,绝灭率大幅度升高,称为“集群绝灭”。它的特点是短时间内,主要生物类别、大量生物突然消失,生物分异度和生物量降低。

  第一次大的生物集群绝灭事件发生在奥陶纪-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。

  第二次生物绝灭事件发生在距今3.7亿年前的泥盆纪晚期,主要灭绝生物门类有四射珊瑚潜水种、层孔虫、竹节石、具铰纲腕足类、菊石等。

  第三次生物绝灭事件发生在二叠纪-三叠纪之交,也就是距今2.5亿年前,是显生宙以来最大的集群绝灭事件。筳、珊瑚、腕足等海洋生物界受影响最大,特别是底栖生物和窄盐性生物。两栖类、兽孔目爬行类等也在这次事件中急剧衰落。

  第四次生物绝灭事件发生在三叠纪-侏罗纪之交,即距今2亿年前,灭绝生物门类主要有腹足类、双壳类、海生爬行类等,其中牙形石类全部灭绝。陆生脊椎动物在这次灭绝事件中也受到很大影响。

  第五次绝灭事件发生在距今6500万年前的白垩纪末,也是显生宙以来第二大集群绝灭事件。本次事件中恐龙、菊石、箭石全部灭绝。受影响最大的是陆地上的恐龙和海洋生物界的漂游生物及一些底栖生物类别。

  对导致生物集群绝灭的原因众说纷纭,其中较为公认的因素有以下几种:一是地外因素——这种说法认为是由小行星、彗星对地球的撞击,超新星爆炸、太阳耀斑等引起;二是地内因素——这种说法认为是由全球性海平面变化、气候的冷暖剧变、大规模火山爆发和地球物理场的剧变所导致;三是基因突变和生物体结构的巨变等生物演化内在因素,如伊迪卡拉动物群的绝灭。

  需要注意的是,生物集群绝灭的原因通常不是单一的。比如星体撞击可以引起火山喷发。火山可以分为陆地火山和海底火山,陆地火山的喷发可以导致火山灰大量覆盖,导致植物光合作用受阻,温度也下降。而且火山灰也含大量有毒物质,对大多数物种的影响都是致命的。

  生命的旋回

  就这样,生物通过灭绝期-残存期-复苏期-辐射期形成生命的旋回。在这里,要为大家澄清一个误区,就是以为生物大灭绝就是生物完全消失不留下后裔,其实不是这样的。地球上有各种各样的循环,我们循环利用风能、水资源,甚至有板块学说的威尔逊旋回、天文学与地质学相结合体现在层序上的米兰科维奇旋回。同样,生命也有旋回,也存在着奇妙的发展演化过程。

  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。

  复苏期紧跟在残存期后,又是辐射期的前夜,它揭开了大灭绝后生物演化新阶段的第一幕。因为,残存期几乎没有新生分子,即便有少数,也还不成气候。复苏期恢复了正常的环境,新的生态系统基本建立。群落类型和群落数量增多,群落结构趋于复杂。新生型分子、广布分子和土著分子开始出现,生物地理区系变得明显。这个阶段,新进化的类型占优势,分异度明显高于残存期,从整体情况来说比残存期好,比辐射期差。

  辐射期是大灭绝后生物演化的高潮一幕,新的生态系统已经完全建立,并不断完善,环境已变得适宜各类生物的生存。这个阶段,生物分异度和丰度达到顶峰,成种率大大高于复苏期。由于分异度的增高,群落类型增多,群落结构变得复杂。生物成功地占领广阔的生态领域。辐射期较高的分类单元大量产生,新的形态构造和器官等演化新质普遍出现,生物礁的发育是辐射期的良好标志。

  在地史时期,生物圈、水圈、大气圈和岩石圈协同、耦合作用,生物演化由低级到高级、由简单向复杂呈现出间断平衡的特征。

  至此,从提出问题、到分析问题,我们了解了科学的客观规律,现在我们要积极地解决问题。通过上述内容,我们从生物圈了解了地球上生命的起源、演化。而人类正面临着所谓的“第六次生物绝灭期”,在这个过程中每个人都应该有所作为。在实际生活中,我们应该通过身边一些力所能及的小事,来爱护动物、保护环境、共同捍卫地球——我们共同的家园。

  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!


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