三億年前的巨量碳排放災(zāi)難

當今地球正處于從3400萬年前開始的新生代冰室氣候之中，然而，近百年來，全球氣溫在冰室氣候大背景下快速升高，兩極冰川消融加劇，海平面上升，海洋缺氧程度加重，導(dǎo)致全球生物多樣性降低。距今3.6億—2.8億年間的晚古生代大冰期是地球歷史上持續(xù)時間最長、規(guī)模最大的一次冰室氣候期，也是陸生高等植物及陸地生態(tài)系統(tǒng)建立以來唯一一次記錄了地球由冰室氣候向溫室氣候轉(zhuǎn)變的地質(zhì)時期，當時的大氣二氧化碳和氧氣濃度與現(xiàn)代相當，可以與現(xiàn)今人類生存的冰室氣候環(huán)境進行極好的類比。貴州羅甸納慶剖面發(fā)育了國際上鮮有的連續(xù)出露的石炭紀海相地層，完整記錄了石炭紀晚期海水的地球化學(xué)信息。研究人員通過對該剖面采集精度達厘米級的樣本，測試分析了其中的碳和鈾同位素及主微量元素，并用全球碳循環(huán)模型（LOSCAR）對碳排放量及碳源進行了數(shù)值模擬研究，再利用耦合的碳－鈾模型計算出當時全球海洋缺氧程度，最后利用更綜合的地球系統(tǒng)模型（CESM）進行數(shù)據(jù)模擬，最終建立了該事件中碳排放與海洋缺氧面積的關(guān)聯(lián)機制。研究結(jié)果顯示，石炭紀晚期（約3.04億年前）冰室氣候下，約9萬億噸碳在30萬年內(nèi)排向大氣，從而引起了當時全球氣候的顯著變暖。期間海水表面溫度升高約4℃，全球海洋缺氧面積擴張至18%，海洋生物多樣性在短期內(nèi)顯著下降。地球系統(tǒng)模型研究表明，在冰室氣候的全球變暖期間，廣泛的海洋缺氧狀態(tài)可能與海水分層的增強和營養(yǎng)輸入的增加（消耗氧氣）相關(guān)。通過比較地質(zhì)歷史中不同氣候環(huán)境下的碳排放事件及其引起的全球變暖和海洋缺氧狀態(tài)，研究團隊首次提出，在同樣的碳排放速率下，相較于溫室氣候，冰室氣候下的海洋可能會出現(xiàn)更嚴重的缺氧狀態(tài)。而通過對地質(zhì)歷史過程中已經(jīng)發(fā)生的類似氣候環(huán)境事件的研究，詳細識別事件的發(fā)生、發(fā)展及結(jié)束過程，可進一步揭示其對海洋生物多樣性的影響，為人類如何應(yīng)對未來可能發(fā)生的極端氣候提供一定借鑒。（PNAS,2022,119(19):e2115231119）

輪藻植物搭乘候鳥飛越大海

輪藻是一種體形較大、構(gòu)造較復(fù)雜的藻類，具有貌似根、莖、葉的分化。輪藻在化石中主要被保存為“藏卵器”，即其卵囊球的鈣化部分?；芈哑鞯拇笮≡?.2—3.5毫米之間，形狀多樣，有卵形、橢球形、球形、圓柱形、瓶形等。近期，我國古生物學(xué)家報道了準噶爾盆地南戈壁地區(qū)古新世晚期輪藻植物群的研究成果，認為該地區(qū)的輪藻植物群起源于亞洲并在始新世中、晚期向歐洲擴散。值得注意的是，這個時期該地區(qū)動植物的遷移和擴散，常常被圖爾蓋海峽（Turgai Strait）所阻隔，然而輪藻植物群卻并未受影響，反而在圖爾蓋海峽閉合之前就開始擴散。圖爾蓋海峽，又稱西西伯利亞海，是中侏羅世至始新世末期（或漸新世）連接北冰洋和特提斯洋同時分隔亞洲和歐洲大陸的大型淺、咸水體?？茖W(xué)家經(jīng)研究認為，之所以出現(xiàn)這種獨特的現(xiàn)象，是因為水鳥在輪藻的洲際傳播過程中起到了關(guān)鍵作用。在中亞和歐洲始新世中、晚期地層中出現(xiàn)的一些相同的鳥類化石組合支持了這一觀點。根據(jù)現(xiàn)生輪藻傳播的研究，輪藻的藏卵器既可以附著于鳥類的爪和羽毛上，也可以被鳥類攝入從而進入其消化道或盲腸。當藏卵器為候鳥的消化道所攜帶時，它們就能在相距100—150英里（161—241千米）的湖泊之間傳播；當藏卵器為候鳥的盲腸所攜帶時，它們就可能會被散播至更遠距離（前者距離的幾倍）的湖泊。（Journal of Paleontology,2022, 96(3):706-714）

全球變暖催花謝

花，自古以來就是唯美愛情的傳遞者。于植物而言，花更是種群延續(xù)的必需器官。一朵花從開放到調(diào)謝的持續(xù)時間，稱為花壽命（floral longevity），是植物重要的繁殖性狀。植物的花壽命表現(xiàn)出很大的差異，有的“曇花一現(xiàn)”幾小時，有的能徐徐綻放數(shù)十日之久。即便是同一科、同一屬或同一物種的不同種群間，花壽命都表現(xiàn)出多樣的變化?；▔勖纳鷳B(tài)和演化適應(yīng)機制是植物演化生物學(xué)家關(guān)注的焦點。最近，我國科學(xué)家搜集了全球818種被子植物的花壽命數(shù)據(jù)，試圖回答以下兩個科學(xué)問題：花壽命的全球生物地理格局是怎樣的？花壽命受哪些因素的控制？綜合所有被調(diào)查到的被子植物資料可知，平均花壽命為4.5天，其中，最短的僅2小時，最長達33天，相差400倍；花壽命具有較強的系統(tǒng)發(fā)育信號，表明親緣關(guān)系越近的植物，花壽命越相似；隨著緯度和海拔的增加，花壽命明顯延長，赤道附近的平均花壽命為2天，而北緯50度和南緯50度的平均花壽命分別達到4.9天和3.9天；與傳統(tǒng)觀點不同，自交不親和植物、草本植物、昆蟲傳粉植物、大花植物的花壽命并不比自交親和植物、木本植物、脊椎動物傳粉植物和小花植物的花壽命長；每朵花產(chǎn)生的花粉數(shù)量越多或傳粉成功指數(shù)越低，花壽命越長；在高溫、干旱以及強太陽輻射地區(qū)，植物傾向于短的花壽命。而同時考慮所有的生物和非生物因素時，只有開花季的溫度（負相關(guān)）和花粉數(shù)量（正相關(guān)）對花壽命具有顯著的影響，分別解釋了26%和10%的變異，說明植物花壽命主要受所在環(huán)境的溫度的影響。由于與溫度相關(guān)的生理成本（如呼吸和蒸騰）是影響花壽命的主要決定因素，在全球氣候持續(xù)變暖以及極端高溫事件頻繁發(fā)生的背景下，植物的花壽命可能呈現(xiàn)出縮短的趨勢，進而加劇植物傳粉不足的現(xiàn)象，引起植物種群或地理分布的變化。這項研究為全球氣候變化下植物多樣性的保護提供了參考。（New Phytologist,2022, doi.org/10.1111/nph.18271）