地球历史上的五次生物大灭绝

地球历史上的五次生物大灭绝（补充版）

其实这个话题保忠兄在他的博客漫谈地球上的生物灭绝事件一文中已经做了很详细的描述和精彩的评论，我这里结合Science上的几篇文章再补充一些，画蛇添足之举还请保忠兄多多指教！

地球上被人类记录过的物种大约有175万个，其中包括100多万种动物，30多万种植物和10多万种微生物；实际上存在的物种可能达500万到5000万个（Science,1999,283:495）；而根据古生物学家的研究，地球上可能曾经存活过40亿种生物，只不过在地球和生物圈演化过程中，由于自然或人为的原因绝大多数物种都被灭绝并出局了。

灭绝（extinction）一词意思简单，在我们的博客里也偶有出现，比如说Neil 先生在其博文【博客大赛】钱金凤闭关啦，噢耶！中就非常阴险地和恶毒地期望钱同学“走火入魔成为灭绝师太”。当然我这里要说的“大灭绝”与此有明显不同。在漫长的演化过程中，长期的稳定期与短期的剧变期相互交替。灭绝以不同的规模出现。在稳定期内，平均新生率远远大于平均灭绝率，总的平均灭绝率总是维持在一个低水平上，这种低水平绝灭被称作背景灭绝(background extinction)；与此相对应，在剧变期，许多生物门类在短期内大量灭绝，生物演化进程突然中断，使灭绝率突然升高，而新生率则降得很低，这种大规模的绝灭叫作集群灭绝或大绝灭(mass extinction)。

在谈灭绝事件之前，我们先来看看地球上的生物史。在我之前的博文地球早期生命究竟有多早？和生命起源的地质学与古生物学基础中，曾多次提到地球上生命的起源至少可以追溯到35亿年前。但在之后很长一段时间里，地球上的生命形式都只有微生物和细菌。这一现象一直维持到距今约5.3亿年前的寒武纪早期。在寒武纪，生物演化史上发生了一个大事件，多细胞动物突发性地在海洋中出现，而且迅速发展出形体多样、构造复杂的类型，古生物学家们将之称为“寒武纪大爆发”。中科院南京古生物所的陈均远老先生就是从事这方面研究的，他与云南大学侯先光教授和西北大学舒德干教授合作开展的“澄江动物群与寒武纪大爆发”研究项目曾获2003年国家自然科学奖一等奖。（我跟陈先生有过一面之缘，听过他的报告）。

俗话说，合久必分，胜极必衰。据统计，自寒武纪以来，明显的生物绝灭事件发生了15次。其中重大集群绝灭有5次，分别发生在奥陶纪—志留纪之交、晚泥盆世弗拉斯期—法门期之交、二叠纪—三叠纪之交、三叠纪—侏罗纪之交和白垩纪—第三纪之交（关于地球历史年代划分上的“代”呀、“世”呀、“纪”呀什么的请看本文后面的附图）。

下面就对这几次古生物的集体灭绝事件进行详细介绍。

（以下内容大部分摘自新华网/st/2005-12/13/content_3913126.htm

，本人只是结合Science上的3篇文章做了一些补充）

奥陶纪—志留纪之交大灭绝

时间：4.39亿年前

前原因：全球气候变化

后果：约有100个科的生物灭绝

这一时期大多数生物的机体是软体组织，形成化石的几率很小，只有那些具有壳或硬组织的动物才留下了比较多的线索，因而我们无法弄清楚当时到底发生了什么以及都有哪些物种受到了影响。据估计，大约有100个科的生物灭绝了，在属种级别上灭绝率更高，如腕足类属的灭绝率为60%，种的灭绝率可达85%。三叶虫类在这次灭绝中元气大伤，此后再也无法恢复前期的繁荣。此次灭绝事件对低纬度热带地区生物的影响较大，而对高纬度地区和深水区生物的影响相对较小，是地球史上第三大物种灭绝事件。

实际上，在奥陶纪初期，海洋生物进入鼎盛时期，笔石、珊瑚、海百合等海洋无脊椎动物空前繁荣。如果把地球生命比作一棵树的话，奥陶纪生物大爆发就使这棵树一下子变得枝繁叶茂。最新研究成果表明，它的爆发规模是距今约5.4-5.1亿年前的寒武纪生命大爆发的3倍多，分类数量则比寒武纪结束时增加了7倍多（/2007/7/3/359200707030939910.html

）。

但是，在这揭开地球生命新一页的历史长河中，也伴随着生物灭绝的惊心动魄场景：奥陶纪末期，发生了地球史上第一次重大的生物大灭绝事件，约85％的物种从地球上消失。4.4亿年前究竟发生了怎样的可怕事件？有人认为是陨石撞击地球，有人认为是温暖的气候突然陷入冰期，甚至有专家提出是伽马射线的爆发促成了灭绝事件的发生。

最新的研究表明，是气候突变导致了此次灭绝事件。中科院南京古生物所研究人员在华南上百个地质剖面采集样本，历经10年时间，对化石进行详细分析，首次把生物多样性变化锁定在10万年的时间尺度内。研究证实，灭绝事件经历了两幕：在距今4.46亿年，发生了第一幕生物大灭绝，原因是气候突然变冷，大片的冰川使洋流和大气环流变冷，整个地球的温度下降，冰川锁住了水，当时的南极冰盖迅速扩大，海平面下降达150米之多，导致海洋生物的生存空间骤然减少，笔石、三叶虫等海洋动物从此大伤元气；部分逃过一劫的生物接下来又遭遇了第二幕的大灭绝——气候突然变暖，海平面迅速上升，使生物再次遭到灭顶之灾。

晚泥盆纪弗拉斯期-法门期之交大灭绝

时间：3.67亿年前

原因：气候变冷，浅水中含氧量下降

后果：70%物种消失，海洋中无脊椎动物损失惨重

虽说科学家可以确定在晚泥盆纪弗拉斯期—法门期之交发生了大灭绝，但究竟持续多长时间却并不清楚，可能持续了50万年，也可能是150万年。而且我们也不清楚到底是发生了一个大灭绝还是几个连续稍小的灭绝，专家对当时几个重要事实也还没有达成共识。

经过这次灭绝，70%的物种消失了。海洋中的物种比淡水中的物种受到的影响更大，珊瑚、腕足动物、菊石、海百合等许多无脊椎动物损失惨重。而在陆地上，正在不断衍生出新种的植物。对于这次灭绝的起因我们知之甚少，从暖水海洋中物种不成比例的消失来看，全球变冷可能是一个重要的因素，同时还有迹象显示当时比较浅的水域里氧气含量也下降了。

二叠纪-三叠纪之交大灭绝

时间：2.5亿年前

原因：气候变化or天体撞击？

后果：物种数减少90%以上

到了二叠纪，地球上一派欣欣向荣景象，海百合、菊石、珊瑚和鱼类在海洋中异常繁荣，两栖动物以及爬行动物进一步深入内陆活动，这段相对稳定的时期持续了大概1亿年。到了二叠纪末期，大约在2.45亿年前，地球历史上最大的一次集群灭绝事件发生了。

据统计，这次灭绝事件导致生物科数减少了52%，物种数减少了90%以上，受影响最大的是海洋生物，特别是底栖生物和窄盐性（stenohaline）生物。超过3/4的脊椎动物消失了，蜥蜴类、两栖类、兽孔目爬行类也急剧衰落。

对于2.5亿年前二叠纪末期的这一次史上规模最大、影响最深远的生物灭绝事件，长期以来，地质学家们都在寻找导致其发生的原因。地质学家研究发现，二叠纪末期地球历史上最大一次生物灭绝事件之前，地球环境发生了巨大的变化，而位于中国贵州和广西部分区域的地质学界著名的"大贵州滩"的周边环境没有明显变化，而贵州省的罗甸县则是的"大贵州滩"的核心区域，被地质学界誉为"研究三叠纪的宝地"（/d/2005-08-19/1701698791.shtml）。

此前，科学家们对此次事件提出了多种解释：海平面波动、海洋中盐度变化、火山活动、气候变化等。而位于西雅图的Washington大学的Luann Becker 却不这么认为。他与他的同事们在来自我国以及日本的二叠纪——三叠纪分界(Permian-Triassic, P-T)的地层沉积物中发现了碳元素的“布基球”结构，而这些“布基球”结构中残存的氦元素和氩元素的比例同一些碳质的陨星的组成又十分相似，据此他们认为这次大灭绝很有可能是由来自天外的星体碰撞引发的（Science,2001,291:1530）。