地殼形成觸發(fā)“大氧化事件”

在長達(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

大氣中的氧是動物賴以生存的重要物質(zhì)，它們在地球大氣中的出現(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22億年前另一個冰河期結(jié)束的時候，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)致動植物個頭變小

環(huán)境科學(xué)的一個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)出了個體變小的現(xiàn)象。最近，研究者梳理了80多項科學(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、果蠅等動物，它們的個頭體型都有顯著縮小。在蘇格蘭的某個島上，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%。而憨厚敦實的北極熊的頭骨尺寸在過去百年里縮小了2%-9%。一個普遍的趨勢是，全球平均氣溫每上升1℃，植物體型可能縮小3%-17%，而動物體型縮小的比例可達(dá)6%-22%。從進(jìn)化的角度來看，個頭小的動物在各種資源波動增大的情況下，更容易獲得足夠的能量需求。但這種變小的趨勢，將對人類賴以生存的農(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物、食肉動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，世界上許多大型哺乳動物突然滅絕了。對于它們滅絕的原因，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)致大型哺乳動物走向滅絕的主要原因。過度捕殺論則堅持認(rèn)為，人類貪得無厭的濫捕濫殺才是導(dǎo)致動物滅絕的真正原因。近期，一個包括古生物學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、遺傳學(xué)家和氣候建模人員組成的團隊綜合了遺傳學(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物當(dāng)時到底經(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，在氣候寒冷時期，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物在間冰期需要找到合適的避難場所才能得以生存。研究者綜合了包括這些哺乳動物的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，其他研究證據(jù)表明人類活動對另外五種大型哺乳動物種群數(shù)量都有一定的影響，但并不都是消極的。這說明，古人類活動或多或少對史前大型哺乳動物產(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]