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      最讓人絕望的解釋:史上最嚴重的物種大滅絕只是因為一次基因轉移

       怪羅科普 2022-12-11 發表于浙江

      當談論地球的大滅絕事件的時候,我們經常聯想到地球上曾經出現過五次慘絕人寰的大滅絕事件,以及我們最熟悉的恐龍在最近一次大滅絕中消失。

      人們對大滅絕的定義是在短地質時間內(不到280萬年),就有四分之三的物種消失,就目前來地球上只有五個時期符合要求。

      不過,這五個時期并不是都一樣慘烈,在五次大滅絕事件中有四次其實稱為“中滅絕”比較合適,而真正稱得上“大滅絕”的只有一次。

      那就是第三次物種大滅絕,或者稱為二疊紀-三疊紀大滅絕,顧名思義就是這次滅絕事件發生在二疊紀和三疊紀更替之時,也就是大約2.53億年前。

      海百合在這次事件中明顯減少?Vassil

      二疊紀-三疊紀大滅絕抹殺了70%的地球生命,超過90%的物種在短時間內消失,其中海洋生物最為嚴重——大約消失了96%,而陸地脊椎動物也消失了70%。

      在以往的大滅絕中,昆蟲以自己“模塊化”的身體結構都能迅速適應新環境,但是這次滅絕事件差點讓昆蟲也一起消失,是已知最大一次昆蟲的大規模滅絕。

      除此之外,該滅絕事件在煤炭層中制造了一個持續1000萬年的“煤炭缺口”,因為所有那些產生煤炭的樹木也都消失了,而且沒能在1000萬內恢復過來。

      煤炭層之上的大滅絕?Dippiljemmy

      也正因為這個煤炭缺口,許多古生物生物學家認為這次滅絕事件過后,地球生命足足花了1000萬年才恢復了生機。

      關于是什么導致這次滅絕事件,一直都是一個極具爭議性的話題,從盤古大陸的形成,到海底甲烷爆發,到現在西伯利亞地區的火山爆發,再到我們最熟悉的小行星撞擊,科學家幾乎把所有能找到的危機都扣在了這次滅絕事件上。

      當然,對于地球歷史上最嚴重的滅絕事件,把所有這些致命原因結合起來一點也不為過。

      不過,來自美國麻省理工學院的一個科研團隊提出了一個全新的解釋[1],他們認為這次大滅絕的主要原因是生物之間隨機的一次水平基因轉移,而其它因素都只是“配角”而已。

      如果事情真的是這樣的話,其實是挺令人擔憂的,因為這意味著大滅絕事情很可能會經常性地出現。

      第三次物種大滅絕的根本原因

      通過研究滅絕時期形成的巖石,顯而易見的一點是,在滅絕事件發生期間,海洋和淺水區都進入了一個極度缺氧的環境,缺氧可能就是那些生物滅絕的根本原因,而其它所有只是誘發了這種缺氧環境的發生。

      你可能會說,缺氧不至于引發如此慘烈的滅絕事件才是???

      確實如此,缺氧對于許多生物來說可能并太致命,但可怕的地方是它會引發多米諾骨牌效應,進而徹底改變整個生態。

      比如,地球上現在就存在一些硫酸鹽還原微生物,它們可以利用硫酸鹽進行硫化作用,而不是我們熟悉的利用氧氣、二氧化碳進行呼吸作用和光合作用。

      這些微生物可以在低氧的環境中茁壯成長,它們生命過程產生的硫化氫會將缺氧的海洋硫化,而作為缺氧的附帶命令,硫化物將被釋放到大氣中,然后隨著降雨和大氣活動,擴散到全球。

      這些物質不僅對地球的生命十分不友好——植物很容易受酸雨等影響,它們還會破壞地球的臭氧層,將陸地生命暴露在致命的紫外線下,并在這個過程中使地球變熱。

      地球被加熱之后,海洋升溫可能導致海洋中凍結的甲烷釋放到大氣中,加劇了環境變化。

      圖:有時候池塘中黑色的黑色的污泥就是硫酸鹽還原微生物作用產生的金屬硫化物

      (這種簡單的多米諾骨牌效應可能會有很多條線同時發生,硫酸鹽還原微生物導致的情況只是其中一種,只要環境稍有變化就會出現各種效應。)

      但到底是什么最開始讓地球含氧量銳減,才讓這些硫酸鹽還原微生物有機可乘呢?

      麻省理工學院的這個科研團隊注意到,一種微生物在滅絕事件前后崛起,所以他們認為這些微生物可能在這次生態改造中起到至關重要的作用。

      其實,這種懷疑不是沒有前車之鑒的,地球歷史上許多巨大的危機或者改造其實都是微生物發起的,最典型的就是第一次“大氧化事件”。

      地球的第一次大氧化發生在24億到21億年前,在此之前,地球生命以厭氧生物為主,但是突然一種能夠光合作用的微生物——藍藻開始爆發,它們改造了整個地球的化學,也改造了之后的生命。

      圖:甲烷八疊球菌

      這次是什么微生物,有何證據?

      該團隊注意到的這種微生物就是甲烷八疊球菌,現在同一個屬被描述的有36種,它們是單細胞生物,共同特點就是消化有機物并產生甲烷。

      如果甲烷八疊球菌確實在第三次大滅絕事件之前蓬勃發展,那么它們將向大氣中噴出巨額甲烷并破壞碳循環范圍,擾亂了二氧化碳和氧氣水平。

      隨之而來的就是一場無法修復的多米諾骨牌效應,出現我們前面提到的場景。

      這個觀點有目前只有兩個證據,不過基本都被反駁了,所以這項研究還遠未定論。

      第一個證據就是時間。

      在第三次大滅絕事件發生之前,這種微生物是不具備生產甲烷的能力的,通過分子分析,它們在大滅絕前后獲得了這種能力。

      而獲取的途徑是一次單一基因的水平轉移,它們的祖先從一種被稱為梭狀芽孢桿菌的微生物那里獲取了相關基因。

      水平基因轉移是相對于垂直基因轉移而提出的,垂直基因轉移指的就是基因從親代傳遞給子代,是在同一個物種中發生的,而水平基因轉移是不同物種之間的基因交流。

      不同物種之間的基因交流很多人可能不理解,其實這很正常,比如一些病毒的基因就特別喜歡和宿主融為一體,我們人類就至少有8%的基因由古代病毒的殘余物組成。

      其實,就現在來看,水平基因轉移在生物進化上起的作用會比垂直的要大許多,這種方式會以更高效的形式制造新物種,其中最典型的就是寄生蜂。

      除了寄生蜂之外,現在每一種昆蟲都至少和一種寄生蜂綁定,寄生蜂會把自己的卵產在這些綁定的昆蟲幼蟲體內,攝取營養和發育。

      許多人可能不清楚的是,寄生蜂的出現就是因為它們從感染自己的病毒那里獲得了相關基因,才徹底改變了自己的生活方式。

      回到我們的主題,通過基因分析得到的進化時間誤差非常大,所以許多其他研究人員以此反駁。

      第二個證據是鎳。

      甲烷八疊球菌產生甲烷的化學過程涉及金屬鎳,如果該團隊可以在滅絕事件期間的巖石層中找到高水平的鎳,那么在某種程度上可以支持這個觀點。

      當然,該團隊在眉山地區的沉積物中發現鎳含量很高,它們認為這是當時火山活動導致地球深處的鎳被帶到了地面。

      但是,這個觀點也一樣被反駁,因為目前沒有任何證據表明鎳可以通過火山噴發帶到地面——特別是這次滅絕事件中起重要作用的西伯利亞火山。

      最后

      因為地球生物的一次水平基因轉移,直接導致超過90%的物種消失。如果這個觀點正確的話,確實還蠻可怕的。

      前陣子在讀《人類簡史》的時候,作者有一個觀點(可能只是這個作者借鑒的觀點),他說人類之所以在人科動物中脫穎而出也是因為一次基因突變,這個突變導致我們的智力爆發,最終讓我們能夠用語言更準確地描述事件,而更加強壯的尼安德特人就是吃了語言的虧,才被我們取締的。

      在寫這篇文章的時候,我聯想到的是可能正在發生的第六次物種大滅絕。

      由于滅絕事件的持續時間比想象得要長許多,所以當我們身處其中的時候,很難感受到其變化,其實把現在定義為第六次物種大滅絕并不是危言聳聽。

      自1970年以來脊椎動物(我們容易觀察到)的數量足足減少了68%,整個20世紀統計到的陸地脊椎動物就有543種滅絕,這比以往任何一次大滅絕事件物種消失的速度都要快。

      而這一切可能正是我們那次關于智力的基因突變引發的,似乎歷史總是驚人的相似。

      不過好消息是,我們已經意識到這一點,現在至少有3.5萬種生物受到保護,我們在想盡辦法阻擋事態惡化,很可能事情會朝著更好的方向發展。

      參考資料:

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

      [2]. /mass-extinction-events-that-shaped-Earth.html

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