環(huán)境

新元古代冰期的重要研究進(jìn)展

新元古代全球性冰期事件一直是國(guó)際地學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。關(guān)于冰期事件結(jié)束的原因眾說紛紜，其中代表性的觀點(diǎn)有兩個(gè)：其一是“雪球地球”假說，其二是甲烷滲漏假說。中國(guó)華南地區(qū)南沱冰磧巖之上蓋帽白云巖中重晶石沉積的多氧同位素研究顯示，其17O異常達(dá)到7.5億年以來的最大值，表明冰期結(jié)束時(shí)大氣二氧化碳含量達(dá)到了一個(gè)高峰，因此成為“雪球地球”假說的最直接證據(jù)。

近期，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的周傳明研究員等通過華南十余條蓋帽白云巖剖面系統(tǒng)的沉積學(xué)、沉積巖石學(xué)和微區(qū)碳同位素分析，提出圍繞蓋帽白云巖形成過程中各個(gè)地質(zhì)事件之間關(guān)系的新模式：（1）全球性冰期結(jié)束后，由于冰川融水的快速注入，海平面迅速上升，在此過程中發(fā)生了蓋帽白云巖的沉積；（2）由于冰川的快速消融，陸殼和海洋大陸架部分發(fā)生反彈，當(dāng)反彈超過海平面上升時(shí)，蓋帽白云巖被暴露溶蝕，喀斯特作用發(fā)生；（3）隨后的廣泛海侵淹沒了蓋帽白云巖及前期沉積，在蓋帽白云巖喀斯特侵蝕面和溶蝕孔洞中首先沉積了白云石和重晶石，隨后是硅質(zhì)沉積，最后才是與甲烷氧化有關(guān)的方解石沉積（具極負(fù)碳同位素值）。西非和加拿大西北部地區(qū)同時(shí)期蓋帽白云巖也發(fā)生了類似的沉積過程。新的蓋帽白云巖形成模式進(jìn)一步支持“雪球地球”假說，同時(shí)表明甲烷滲漏發(fā)生在蓋帽白云巖形成之后，因此很可能不是全球性冰期結(jié)束的誘因。（Geology 2010，38：903-906）

地球氮循環(huán)的進(jìn)化與未來

氮是地球上生命必需的元素之一，雖然它們?cè)谏矬w內(nèi)的含量不如碳、氫和氧那么多，但氮是構(gòu)成生物體內(nèi)蛋白質(zhì)和核酸的重要成分，在植物中它們占干重的4%，而在人體中占總重量的3%左右。氮還是地球大氣的主要組成部分，占大氣總體積的78%。自然界中，氮分子特別穩(wěn)定，高等動(dòng)物及大多數(shù)植物不能直接吸收氮。因此，生物固氮作用就成了自然界物質(zhì)循環(huán)的重要一環(huán)，保障了無機(jī)自然界和有機(jī)生物界的氮元素平衡。據(jù)研究，現(xiàn)代氮循環(huán)最早出現(xiàn)在大約27億年之前，當(dāng)時(shí)地球上的生命還十分簡(jiǎn)單。隨著生命的演進(jìn)，雖然固氮生物的種類增加了很多，但基本的機(jī)制沒有發(fā)生太大的變化。然而，隨著人類現(xiàn)代文明的產(chǎn)生，科技水平迅猛發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)帶來了最深刻的影響。僅在1960—2000年期間，世界各地所使用的氮肥增加了800%，來自肥料的人工固定的氮隨后又令水體富營(yíng)養(yǎng)化，致使生物窒息并向大氣中注入了大量的強(qiáng)力溫室氣體氧化亞氮。在將來，盡管微生物可能有助于氮循環(huán)平衡的某種恢復(fù)，但地球的氮循環(huán)已經(jīng)因?yàn)槿祟惖霓r(nóng)業(yè)和工業(yè)活動(dòng)而永久性地改變了。（Science 2010:330：192-196）

白堊紀(jì)末的隕星雨

墨西哥尤卡坦半島?？颂K魯伯撞擊坑的發(fā)現(xiàn)為恐龍滅絕的地外天體撞擊說提供了證據(jù)，從而使得這一解釋風(fēng)靡全球。在烏克蘭波泰什發(fā)現(xiàn)的同時(shí)代的另外一個(gè)較小的撞擊坑說明，在白堊紀(jì)末地球可能遭受了很多小行星或彗星的撞擊。最近研究者通過對(duì)波泰什撞擊坑內(nèi)沉積物進(jìn)行的孢粉學(xué)和13C的研究，結(jié)果顯示在撞擊噴射物上存在一個(gè)撞擊后的植物群，它們后來毀于K-Pg事件。K-Pg事件后植被的恢復(fù)序列可以直接跟北美中部的相比較。因此，研究者得出結(jié)論波泰什撞擊坑比?？颂K魯伯撞擊坑早2—5千年。這似乎暗示這兩次撞擊事件是一次更大范圍“隕星雨”的組成部分，正是這些連續(xù)的打擊最終導(dǎo)致了恐龍王朝的覆滅。[Geology 2010，38（9）：835-838]

環(huán)境與有性生殖

食色性也！對(duì)于有性生殖的生物來說，性意味著繁衍后代。但性，卻是代價(jià)高昂的玩意兒。盡管如此，有性生殖的生物卻遠(yuǎn)比繁殖方式高效而節(jié)省的無性生殖的生物更加繁盛。研究者認(rèn)為，為了應(yīng)付多樣的環(huán)境，或許是有性生殖產(chǎn)生的關(guān)鍵。最近，加拿大多倫多大學(xué)的演化生物學(xué)家貝克斯（Lutz Becks）和阿加瓦爾（Aneil A-grawal）發(fā)現(xiàn)，能夠進(jìn)行有性和無性生殖的萼花臂尾輪蟲（Brachionus calyciflorus），在變化多樣的環(huán)境中，會(huì)進(jìn)行有性生殖；相反的，在均質(zhì)的環(huán)境中，則傾向進(jìn)行無性生殖。這意味著環(huán)境的變化決定了性的演化，從而驗(yàn)證了空間異質(zhì)性可以促進(jìn)性別演化的理論。

萼花臂尾輪蟲是淡水的浮游動(dòng)物，一般行無性生殖，但有時(shí)候也會(huì)進(jìn)行有性繁殖。貝克斯和阿加瓦爾將從野外采集回的萼花臂尾輪蟲在實(shí)驗(yàn)室中分為三組，每組各有約1萬(wàn)只。其中兩組養(yǎng)在均質(zhì)的環(huán)境中，一組有吃不完的食物，另一組則要挨餓。第三組則分成兩個(gè)小組，分別養(yǎng)在高質(zhì)量和低質(zhì)量食物的環(huán)境中，但能夠在不同環(huán)境中遷徙，作為異質(zhì)性的環(huán)境。經(jīng)過12周的培養(yǎng)，在均質(zhì)的環(huán)境中有7%的卵是有性生殖產(chǎn)生的深色卵，其他均為無性生殖所產(chǎn)生的淺色卵。然而，在異質(zhì)性環(huán)境中生長(zhǎng)的輪蟲，有15%的卵是有性生殖產(chǎn)生的。在第14周他們又把所有輪蟲混在一起，再分組實(shí)驗(yàn)。結(jié)果六周后發(fā)現(xiàn)，生活在均質(zhì)環(huán)境的輪蟲進(jìn)行有性生殖的愈來愈少，而生活在異質(zhì)環(huán)境的輪蟲卻提高了有性生殖率。這說明，在環(huán)境有變化時(shí)，有性生殖的優(yōu)勢(shì)超過了其代價(jià)。但在不變的環(huán)境中，有性生殖就作用不大了!

10.1038/nature09449）