事关生物大灭绝！南古所专家从“防晒霜”中发现新成果

提起防晒霜，你一定很难将其与生物大灭绝联系在一起，然而，科学家不仅将之联系在一起，还获得了突破性地发现。

(资料图片仅供参考)

2.52亿年前的二叠纪末大灭绝造成了约81%的海洋物种和89%的陆地物种灭绝，其主要原因被认为是大规模火山喷发导致的环境变化，但仍缺乏环境因素影响陆地生态系统的直接证据。中国科学院南京地质古生物研究所刘锋研究员与英国、德国同行等合作，通过研究该时期化石花粉粒中“防晒霜”含量的变化，发现臭氧层破坏导致二叠纪末陆地生物大灭绝的直接证据，研究成果于2023年1月6日在线发表于国际知名期刊《科学进展》。

来源视觉中国

为了繁衍，植物自带“防晒霜”

“万物生长靠太阳”，植物体需要阳光进行光合作用，为植物体生长提供能量，但又要避免阳光中有害的紫外线对植物的伤害。紫外线对植物体特别是植物生殖细胞（孢子和花粉）中遗传信息的破坏。

为了适应陆地辐射环境，陆生植物演化出了一些调控机制，以减少紫外线对植物体的伤害。专家告诉记者，为减少紫外线对植物体的伤害，植物自带“防晒霜”。

植物的孢子和花粉的外壁中含有大量功能与“防晒霜”十分相似的化合物香豆酸和阿魏酸。这些化合物可形成共振稳定的酚自由基，抵抗紫外线引起的氧化作用，从而保护脆弱的孢子和花粉，为陆生植物的传播和繁衍提供了保障。

“因此，理论上我们可以通过对这些孢子和花粉‘防晒霜’含量的测定，反推地质历史时期大气紫外线辐射强度。”中国科学院南京地质古生物研究所刘锋研究员告诉记者。

迷雾重重的生物大灭绝

2.52亿年前的二叠纪末大灭绝是显生宙最大一次灭绝事件，造成了约81%的海洋物种和89%的陆地物种灭绝。科学家们普遍认为二叠纪末期西伯利亚大火成岩省的喷发造成的全球温室气体增加，全球变暖以及海洋酸化可能是引起这次灭绝的主要诱因，但对于这些环境因素如何影响陆地生态系统，目前还有很多争论。

一些孢粉学家在陆相二叠-三叠纪过渡剖面发现了一些畸形孢子和花粉，推测这些畸形孢子或花粉可能是由西伯利亚大火成岩省喷出的卤族元素造成的全球臭氧层破坏诱发的紫外线辐射增加引起的。

藏南曲布剖面二叠纪末期黑色页岩

但通过对现代植物中产出的畸形孢子和花粉的研究表明，这些畸形花粉和孢子产生的环境背景十分复杂，干旱、空气污染以及植物体的外伤都有可能诱发植物体产生畸形孢子或花粉。专家表示，单凭在陆相二叠-三叠纪过渡剖面发现的少量畸形孢子和花粉，并不能直接证明二叠纪末期大灭绝期间存在全球臭氧层空洞引起的紫外线辐射增加。

“防晒霜”揭示大灭绝期间的秘密

刘锋研究员介绍说，研究团队运用傅里叶变换红外光谱，对产自我国西藏南部二叠——三叠纪过渡剖面的1011粒阿里型花粉中的香豆酸和阿魏酸进行了定量测量。

通过对这些花粉产出的红外光谱的大数据分析，发现在二叠纪末大灭绝期间地层中花粉外壁的香豆酸和阿魏酸含量，明显高于灭绝前后化石花粉中该化合物的含量。直接证明了二叠纪末期大灭绝期间存在全球紫外线辐射增加的现象。

曲布剖面二叠-三叠系过渡地层中发现的花粉化石（阿里粉）

同时，研究团队也对剖面地层的有机碳同位素和汞的浓度进行了分析后，进步确认二叠纪末期全球紫外线辐射的增加可能是由于当时剧烈的火山活动引起的。

研究花粉有多难？ “我们团队使用的1011粒阿里型花粉化石都产自我国西藏日喀则市扎西宗乡曲宗村曲布剖面，是我们一粒一粒从显微镜下挑出来的。”刘锋回忆说，研究最大的困难是样品太小，挑样极其艰难。

“ 另外就是仪器精度的问题，现在市面上常见的傅里叶变换红外光谱都不是专门用来测量花粉的，所以用来测量花粉这么小的物体后得到的信号都很小。”刘锋等研究人员找遍中国多家实验室，目前仅有上海岛津实验室可以测这么小的物体。“后期获得的光谱信号还是不算大，我们使用了一些数学算法，放大了这些信号，最终克服了这些困难。”

紫外线辐射如何影响陆地生态系统

空气中紫外线辐射量的增加对整个陆地生态系统具有深远的影响。由于紫外线不仅对植物的生殖细胞具有很强的杀伤作用，同时也会对植物体叶肉细胞造成破坏。为了抵御紫外线对叶肉细胞的破坏，植物体会在其叶片中大量合成叶黄素、香豆酸和阿魏酸等，相应减少叶绿素的合成，从而导致植物体光合作用的减弱，进而使得植物体对于温室气体吸收能力减弱，进一步加重了二叠纪末期火山喷发引起的全球温室气体增加。

另外，叶肉中的叶黄素、香豆酸和阿魏酸等对于食草动物以及昆虫来说，是一种很难消化且营养价值较低的化合物，所以紫外线辐射的增加间接影响了陆地食物链，可能是导致二叠纪末陆地食草动物以及昆虫大灭绝的主要原因。

臭氧层破坏引起的紫外线辐射增加对陆地食物链的影响

专家表示，以古鉴今，二叠纪末期的陆地上的大灭绝其实是温室气体增加和紫外线辐射增强相互叠加引起的。现在地球的温室气体还是在不断增加，除此之外，我们还要注意紫外线辐射强度。以防两者叠加造成非常大的生态灾难。

扬子晚报/紫牛新闻记者 于丹丹

中国科学院南京地质古生物研究所供图

校对 盛媛媛

关键词： 紫外线辐射 温室气体 陆地生态系统