地殼形成觸發(fā)“大氧化事件”

在長(zhǎng)達(dá)40億年的前寒武紀(jì)，有兩件事特別重要：其一是太古代末陸殼的集中產(chǎn)生，其二就是24.5億年前大氣的氧化。大氣中氧氣的出現(xiàn)與光合釋氧生物藍(lán)藻的產(chǎn)生和火山噴發(fā)氣體組份的改變密不可分。最近，研究者利用一個(gè)火山排氣模型，發(fā)現(xiàn)大氣氧化與此之前地殼的形成之間也存在密切聯(lián)系。隨著大陸的出現(xiàn)和火山越來越多地發(fā)生在地上而不是水下，巖漿揮發(fā)物在較低的壓力下被排放出來，導(dǎo)致排出的氣體被逐漸氧化。硫元素以硫化氫（H2S）形式轉(zhuǎn)化為以二氧化硫（SO2）形式釋放，這種轉(zhuǎn)化隨后有可能促成了海洋硫酸鹽的還原以及地球大氣層的最終氧化。（Nature 2011，478：229—232）

地球氧氣大量形成于23億年前

大氣中的氧是動(dòng)物賴以生存的重要物質(zhì)，它們?cè)诘厍虼髿庵械某霈F(xiàn)，也是伴隨著生命的進(jìn)化而產(chǎn)生的。目前，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為地球大氣中的氧來源于生命的光合作用，目前約占大氣20%的氧氣并不是在地球46億年的歷史長(zhǎng)河中逐漸增加的，而是在距今約24億年前到20億年前之間急劇增加的，在那之前氧氣幾乎不存在。然而，最近日本東京大學(xué)的研究小組，通過調(diào)查加拿大安大略省距今約22億年至24.5億年前的海底地層，并測(cè)定其中鋨元素的濃度。結(jié)果顯示，約23億年前的大規(guī)模冰河期地層和此后的溫暖期地層交界處，鋨的濃度急劇上升。這說明，由于冰河期后，地球變暖，冰塊融化，地表的營(yíng)養(yǎng)成分被帶到海中，在海中進(jìn)行光合作用的特殊細(xì)菌得以大量繁殖，從而使氧氣爆發(fā)性增加。此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)，光合作用導(dǎo)致氧氣增加并非只有一次，約22億年前另一個(gè)冰河期結(jié)束的時(shí)候，又出現(xiàn)了氧氣的爆發(fā)性增加。（Nature 2011，478：194—195；Nature Communications，DoI:10.1038/ncomms1507）

全球變暖導(dǎo)致動(dòng)植物個(gè)頭變小

環(huán)境科學(xué)的一個(gè)重要前沿是弄清氣候變化如何影響全球生態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。為了應(yīng)對(duì)持續(xù)的氣候變化，根據(jù)基本的生態(tài)和代謝法則，很多物種已經(jīng)表現(xiàn)出了個(gè)體變小的現(xiàn)象。最近，研究者梳理了80多項(xiàng)科學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)無論是餐桌上的鯉魚、小龍蝦、玉米、芥菜，還是為人們熟知的北極熊、松鼠、青蛙、果蠅等動(dòng)物，它們的個(gè)頭體型都有顯著縮小。在蘇格蘭的某個(gè)島上，以前綿羊在夏天都要靠多吃草來增加體重，這樣才能度過難熬的冬天。然而由于全球變暖，過去的24年來，這種綿羊的體型平均縮小了5%。而憨厚敦實(shí)的北極熊的頭骨尺寸在過去百年里縮小了2%-9%。一個(gè)普遍的趨勢(shì)是，全球平均氣溫每上升1℃，植物體型可能縮小3%-17%，而動(dòng)物體型縮小的比例可達(dá)6%-22%。從進(jìn)化的角度來看，個(gè)頭小的動(dòng)物在各種資源波動(dòng)增大的情況下，更容易獲得足夠的能量需求。但這種變小的趨勢(shì)，將對(duì)人類賴以生存的農(nóng)作物和像魚類這樣的重要蛋白質(zhì)來源產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，對(duì)于氣候變化的不均衡還將破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。隨著植物體型的縮小，食物鏈上端的食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物必須攝取比以往更多數(shù)量的食物，來滿足自己的能量需求。（Nature Climate Change 2011，1：401—406）

更新世末大滅絕新解

大約在2萬年前左右，末次冰期即將結(jié)束時(shí)，世界上許多大型哺乳動(dòng)物突然滅絕了。對(duì)于它們滅絕的原因，科學(xué)界給出了多種不同的解釋。在諸多理論中，有兩種觀點(diǎn)影響較大。一種是氣候變化論，另一種是過度捕殺論。氣候變化論認(rèn)為，冰川期末期出現(xiàn)的全球氣候變暖是導(dǎo)致大型哺乳動(dòng)物走向滅絕的主要原因。過度捕殺論則堅(jiān)持認(rèn)為，人類貪得無厭的濫捕濫殺才是導(dǎo)致動(dòng)物滅絕的真正原因。近期，一個(gè)包括古生物學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、遺傳學(xué)家和氣候建模人員組成的團(tuán)隊(duì)綜合了遺傳學(xué)、氣候?qū)W和古生物學(xué)數(shù)據(jù)來揭示這些大型哺乳動(dòng)物當(dāng)時(shí)到底經(jīng)歷了怎樣的演化歷史。在距今200萬到1.2萬前，地球經(jīng)歷了多次的氣候波動(dòng)，在氣候寒冷時(shí)期，地球表面被大規(guī)模冰川所覆蓋，我們稱其為冰期，兩次冰期之間是相對(duì)溫暖的間冰期。研究者發(fā)現(xiàn)披毛犀、猛犸象、野馬、馴鹿、野牛和麝牛六種生活在寒溫帶的大型草食性哺乳動(dòng)物在間冰期需要找到合適的避難場(chǎng)所才能得以生存。研究者綜合了包括這些哺乳動(dòng)物的DNA、古氣候和古生物學(xué)等多方面數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，歐洲古人類和披毛犀的活動(dòng)范圍從來沒有發(fā)生重疊，也就意味著歐洲披毛犀的滅絕更多的是氣候原因所造成的。同時(shí)，其他研究證據(jù)表明人類活動(dòng)對(duì)另外五種大型哺乳動(dòng)物種群數(shù)量都有一定的影響，但并不都是消極的。這說明，古人類活動(dòng)或多或少對(duì)史前大型哺乳動(dòng)物產(chǎn)生了一定影響，但它們的滅絕很可能是多方面綜合因素所造成的。[Nature(2011)doi:10.1038/nature10574]