紫外线辐射可能是地球上最大规模灭绝的原因

在 10 英里的天空之上有一层臭氧层，这是一种橙色气体，分子由三个原子组成，而不是两个。臭氧层是保护所有生命免受太阳紫外线辐射的重要屏障。那么，如果臭氧层出现严重问题，会发生什么呢？

后果可能是灾难性的。我们有史前证据可以证明这一点。

它来自地球历史上最严重的大规模灭绝时期——2.52 亿年前，即二叠纪末期，当时一系列灾难性的火山喷发可能使世界变得有毒。它以花粉粒化石的形式出现，有暴露于高能紫外线（称为紫外线 B (UV-B) 辐射）的迹象。在今天发表在《科学进展》杂志上的一篇论文中，一个国际地质学家和植物学家小组利用这些变形的标本拼凑出致命事件的可能过程。

“我认为 UV-B 辐射的增加可能在部分陆地生物的灭绝中扮演了一定角色，”中国南京地质古生物研究所地质学家、该论文作者之一刘峰说道。长期以来，科学家一直怀疑臭氧水平下降和紫外线激增可能在这场灾难中扮演了一定角色，现在他们有数据可以证明这一点。

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二叠纪末期灾难的主要嫌疑人之一是西伯利亚暗色岩。这些火成岩覆盖着西伯利亚中部（当时是超大陆盘古大陆最北端的一块），是由一个真正巨大的火山群喷涌而出。专家认为，在超过一百万年的时间里，西伯利亚暗色岩向地球大气中排放了二氧化碳等温室气体。

在持续的火山活动之后，古代海洋会酸化、缺氧，变成有毒物质，导致超过 80% 的海洋生物灭绝。生命当然会恢复，但需要数百万年才能恢复到灭绝前的丰富程度。

这可以解释海洋中发生的许多史前大屠杀，但陆地上的情况又如何呢？哪些类型的陆地生物死亡了？为什么死亡？那里的化石记录就不那么清楚了。

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研究人员此前曾挖掘出一些巨大破坏的线索。例如，那个古老世界的几个地方曾被巨大的蕨类植物森林覆盖。这两种生物群落在二叠纪末期从化石记录中消失，这表明全球地面生物都遭受了破坏。

不过，其他专家认为化石记录可能具有误导性，灭绝事件更具区域性。“这是一个收集来自不同地方的大量信息，并试图将它们拼凑成一幅连贯的——尽管不完整的——图景的案例，”德国明斯特大学的古植物学家、新论文的作者菲利普·贾丁 (Phillip Jardine) 说。到目前为止，这幅图景并没有告诉我们究竟是什么导致了陆地上的死亡。

但这些科学家可能找到了缺失的一块。2014 年，刘从现在的西藏南部地下的岩石中采集了样本。当他和同事仔细研究岩石时，他们发现了古老的连体和畸形花粉颗粒。

为了了解造成损害的原因，研究小组分析了花粉，并寻找了含有碳、氧和氮的特定化合物。植物可能产生这些化学物质来保护自己免受 UV-B 辐射的伤害，这种辐射的波长比可见光短，因此能量更高。因此，UV-B 射线对活细胞造成的伤害比 UV-A 更大。

贾丁等科学家曾使用同样的技术研究几十万年前到达地球表面的 UV-B 水平。但这是第一次有人试图寻找 2.52 亿年前的这些化合物。贾丁和刘的团队确实找到了它们。

“我认为关键在于我们有确凿的证据证明植物受到了影响，”贾丁说。“我们观察到的 UV-B 吸收化合物的增加表明植物在生物化学上对这种情况做出了反应。”

推测是，在二叠纪末期，火山活动释放出一种名为卤烃的气体，其中含有氯和溴等卤素原子。这些化学物质可能侵蚀了臭氧层，使更多的 UV-B 到达地面。这反过来又会阻碍植物的生长和繁殖，可能导致更少的植物从空气中吸收有毒的二氧化碳。

“虽然我认为臭氧层损耗或紫外线辐射增加是造成这些大规模灭绝的唯一原因，但在全球生态系统已经承受巨大压力的情况下，增加紫外线辐射可能会加剧对地球生物的负面影响，这似乎是有道理的，”英国牛津布鲁克斯大学地质学家、另一位研究作者韦斯利·弗雷泽说。

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如果 UV-B 确实在那段时期让地球变得更加不适合居住，那么这场灾难可能已经在全球发生。当然，科学家需要找到确凿的证据。“这些数据仅来自一个地方，所以我们需要在同一时间间隔内找到更多数据来验证这些发现，”Jardine 说。

尽管二叠纪末期的大规模灭绝被认为是最致命的，但还有更多的灭绝事件。科学家在泥盆纪末期（约 3.6 亿年前）和三叠纪末期（约 2.01 亿年前）发现了类似的灭绝事件。据弗雷泽称，科学家在这些灭绝事件中也发现了紫外线中毒的痕迹。

弗雷泽说：“紫外线辐射可能在不同大规模灭绝事件中存在一个共同点。”即使紫外线辐射不是主要杀手，它也可能成为导致全球大部分陆地生物灭绝的帮凶。

尽管二叠纪已经成为历史，但我们今天仍在努力应对 UV-B 辐射问题。不久前，南极洲上空的臭氧层空洞引起了全世界的担忧，这是由曾经使用过的冰箱和空调中释放出的氯氟烃 (CFC) 化合物造成的。许多人担心臭氧层空洞会扩大，导致全球大部分地区暴露在灼热的紫外线辐射下。

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1987 年，各国政府共同制定了《蒙特利尔议定书》并禁止使用氟利昂，此后臭氧层空洞开始愈合。但破坏已经造成，至今仍在影响植物。

考虑到这一点，了解过去 UV-B 辐射如何影响植物可以让科学家了解不久的将来可能发生的情况。反之亦然，弗雷泽解释说。“我认为对 UV-B 辐射的长期研究和现代研究是相辅相成的。”