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最让人绝望的解释:史上最严重的物种大灭绝只是因为一次基因转移

当谈论地球的大灭绝事件的时候,我们经常联想到地球上曾经出现过五次惨绝人寰的大灭绝事件,以及我们最熟悉的恐龙在最近一次大灭绝中消失。

人们对大灭绝的定义是在短地质时间内(不到280万年),就有四分之三的物种消失,就目前来地球上只有五个时期符合要求。

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不过,这五个时期并不是都一样惨烈,在五次大灭绝事件中有四次其实称为“中灭绝”比较合适,而真正称得上“大灭绝”的只有一次。

那就是第三次物种大灭绝,或者称为二叠纪-三叠纪大灭绝,顾名思义就是这次灭绝事件发生在二叠纪和三叠纪更替之时,也就是大约2.53亿年前。

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海百合在这次事件中明显减少@Vassil

二叠纪-三叠纪大灭绝抹杀了70%的地球生命,超过90%的物种在短时间内消失,其中海洋生物最为严重——大约消失了96%,而陆地脊椎动物也消失了70%。

在以往的大灭绝中,昆虫以自己“模块化”的身体结构都能迅速适应新环境,但是这次灭绝事件差点让昆虫也一起消失,是已知最大一次昆虫的大规模灭绝。

除此之外,该灭绝事件在煤炭层中制造了一个持续1000万年的“煤炭缺口”,因为所有那些产生煤炭的树木也都消失了,而且没能在1000万内恢复过来。

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煤炭层之上的大灭绝@Dippiljemmy

也正因为这个煤炭缺口,许多古生物生物学家认为这次灭绝事件过后,地球生命足足花了1000万年才恢复了生机。

关于是什么导致这次灭绝事件,一直都是一个极具争议性的话题,从盘古大陆的形成,到海底甲烷爆发,到现在西伯利亚地区的火山爆发,再到我们最熟悉的小行星撞击,科学家几乎把所有能找到的危机都扣在了这次灭绝事件上。

当然,对于地球历史上最严重的灭绝事件,把所有这些致命原因结合起来一点也不为过。

不过,来自美国麻省理工学院的一个科研团队提出了一个全新的解释[1],他们认为这次大灭绝的主要原因是生物之间随机的一次水平基因转移,而其它因素都只是“配角”而已。

如果事情真的是这样的话,其实是挺令人担忧的,因为这意味着大灭绝事情很可能会经常性地出现。

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第三次物种大灭绝的根本原因

通过研究灭绝时期形成的岩石,显而易见的一点是,在灭绝事件发生期间,海洋和浅水区都进入了一个极度缺氧的环境,缺氧可能就是那些生物灭绝的根本原因,而其它所有只是诱发了这种缺氧环境的发生。

你可能会说,缺氧不至于引发如此惨烈的灭绝事件才是啊?

确实如此,缺氧对于许多生物来说可能并太致命,但可怕的地方是它会引发多米诺骨牌效应,进而彻底改变整个生态。

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比如,地球上现在就存在一些硫酸盐还原微生物,它们可以利用硫酸盐进行硫化作用,而不是我们熟悉的利用氧气、二氧化碳进行呼吸作用和光合作用。

这些微生物可以在低氧的环境中茁壮成长,它们生命过程产生的硫化氢会将缺氧的海洋硫化,而作为缺氧的附带命令,硫化物将被释放到大气中,然后随着降雨和大气活动,扩散到全球。

这些物质不仅对地球的生命十分不友好——植物很容易受酸雨等影响,它们还会破坏地球的臭氧层,将陆地生命暴露在致命的紫外线下,并在这个过程中使地球变热。

地球被加热之后,海洋升温可能导致海洋中冻结的甲烷释放到大气中,加剧了环境变化。

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图:有时候池塘中黑色的黑色的污泥就是硫酸盐还原微生物作用产生的金属硫化物

(这种简单的多米诺骨牌效应可能会有很多条线同时发生,硫酸盐还原微生物导致的情况只是其中一种,只要环境稍有变化就会出现各种效应。)

但到底是什么最开始让地球含氧量锐减,才让这些硫酸盐还原微生物有机可乘呢?

麻省理工学院的这个科研团队注意到,一种微生物在灭绝事件前后崛起,所以他们认为这些微生物可能在这次生态改造中起到至关重要的作用。

其实,这种怀疑不是没有前车之鉴的,地球历史上许多巨大的危机或者改造其实都是微生物发起的,最典型的就是第一次“大氧化事件”。

地球的第一次大氧化发生在24亿到21亿年前,在此之前,地球生命以厌氧生物为主,但是突然一种能够光合作用的微生物——蓝藻开始爆发,它们改造了整个地球的化学,也改造了之后的生命。

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图:甲烷八叠球菌

这次是什么微生物,有何证据?

该团队注意到的这种微生物就是甲烷八叠球菌,现在同一个属被描述的有36种,它们是单细胞生物,共同特点就是消化有机物并产生甲烷。

如果甲烷八叠球菌确实在第三次大灭绝事件之前蓬勃发展,那么它们将向大气中喷出巨额甲烷并破坏碳循环范围,扰乱了二氧化碳和氧气水平。

随之而来的就是一场无法修复的多米诺骨牌效应,出现我们前面提到的场景。

这个观点有目前只有两个证据,不过基本都被反驳了,所以这项研究还远未定论。

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第一个证据就是时间。

在第三次大灭绝事件发生之前,这种微生物是不具备生产甲烷的能力的,通过分子分析,它们在大灭绝前后获得了这种能力。

而获取的途径是一次单一基因的水平转移,它们的祖先从一种被称为梭状芽孢杆菌的微生物那里获取了相关基因。

水平基因转移是相对于垂直基因转移而提出的,垂直基因转移指的就是基因从亲代传递给子代,是在同一个物种中发生的,而水平基因转移是不同物种之间的基因交流。

不同物种之间的基因交流很多人可能不理解,其实这很正常,比如一些病毒的基因就特别喜欢和宿主融为一体,我们人类就至少有8%的基因由古代病毒的残余物组成。

其实,就现在来看,水平基因转移在生物进化上起的作用会比垂直的要大许多,这种方式会以更高效的形式制造新物种,其中最典型的就是寄生蜂。

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除了寄生蜂之外,现在每一种昆虫都至少和一种寄生蜂绑定,寄生蜂会把自己的卵产在这些绑定的昆虫幼虫体内,摄取营养和发育。

许多人可能不清楚的是,寄生蜂的出现就是因为它们从感染自己的病毒那里获得了相关基因,才彻底改变了自己的生活方式。

回到我们的主题,通过基因分析得到的进化时间误差非常大,所以许多其他研究人员以此反驳。

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第二个证据是镍。

甲烷八叠球菌产生甲烷的化学过程涉及金属镍,如果该团队可以在灭绝事件期间的岩石层中找到高水平的镍,那么在某种程度上可以支持这个观点。

当然,该团队在眉山地区的沉积物中发现镍含量很高,它们认为这是当时火山活动导致地球深处的镍被带到了地面。

但是,这个观点也一样被反驳,因为目前没有任何证据表明镍可以通过火山喷发带到地面——特别是这次灭绝事件中起重要作用的西伯利亚火山。

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最后

因为地球生物的一次水平基因转移,直接导致超过90%的物种消失。如果这个观点正确的话,确实还蛮可怕的。

前阵子在读《人类简史》的时候,作者有一个观点(可能只是这个作者借鉴的观点),他说人类之所以在人科动物中脱颖而出也是因为一次基因突变,这个突变导致我们的智力爆发,最终让我们能够用语言更准确地描述事件,而更加强壮的尼安德特人就是吃了语言的亏,才被我们取缔的。

在写这篇文章的时候,我联想到的是可能正在发生的第六次物种大灭绝。

由于灭绝事件的持续时间比想象得要长许多,所以当我们身处其中的时候,很难感受到其变化,其实把现在定义为第六次物种大灭绝并不是危言耸听。

自1970年以来脊椎动物(我们容易观察到)的数量足足减少了68%,整个20世纪统计到的陆地脊椎动物就有543种灭绝,这比以往任何一次大灭绝事件物种消失的速度都要快。

而这一切可能正是我们那次关于智力的基因突变引发的,似乎历史总是惊人的相似。

不过好消息是,我们已经意识到这一点,现在至少有3.5万种生物受到保护,我们在想尽办法阻挡事态恶化,很可能事情会朝着更好的方向发展。

参考资料:

[1].https://www.iflscience.com/could-earth-s-biggest-extinction-event-have-been-caused-by-a-single-gene-transfer-66532

[2]. https://www.livescience.com/mass-extinction-events-that-shaped-Earth.html

(来源:快科技)

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