原来你才是真正的生物大辐射!

作者: 张照

来源: 科学大院

发布日期: 2017-07-24

本文讨论了奥陶纪生物大辐射事件,这是地质历史时期最大的一次生物多样性增加事件,发生在寒武纪大爆发之后。文章详细介绍了这一事件的特点、原因及其对海洋生物多样性的影响。

说到地质历史时期最大的一次生物辐射事件,你首先想到的是什么?寒武纪大爆发?恭喜你答错了。最大的一次生物辐射事件是发生在寒武纪大爆发之后的奥陶纪生物大辐射事件(The Great Ordovician Biodiversification Event,简称GOBE)!奥陶纪生物大辐射事件是从奥陶纪初,甚至寒武纪末期就开始,一直延续到奥陶纪晚期的一次海洋生物多样性的大辐射事件。

大家熟悉的寒武纪大爆发是地球生命史的里程碑,因为它实现了众多生物门类从无到有的变化,现代几乎所有动物和植物的老祖宗都在这时候出现。但是,寒武纪的海洋依旧荒凉寂寞,因为每个新生门类的生物都只有少量的属种,而且形态相对单一。真正让海洋变得热闹非凡的,是奥陶纪生物大辐射事件。奥陶纪紧跟在寒武纪之后,开始于485.4百万年前,结束于443.8百万年前,前后历时约42个百万年。

奥陶纪生物大辐射事件几乎贯穿了整个奥陶纪,是一个时间非常长、规模非常大的“事件”。奥陶纪生物大辐射事件中,较低的生物分类单元(目、科、属和种级别)多样性大量增加,海洋生物的丰度和分异度达到了一个高峰,分异度几乎是寒武纪的三倍。奥陶纪之后,整个古生代在大部分时间里,海洋生物多样性均居于这样的高位。

除此之外,新生命的活动能力也变得更强,它们不再满足于“只在海底玩泥巴”,而是向更广阔的水域进军,在海洋的不同深度,都出现了生命活动。整个海洋,都变得热闹起来。随着奥陶纪生物大辐射事件的到来,海洋霸权也开始易主。在寒武纪,站在食物链顶端、统治海洋的是大家所熟知的奇虾。

寒武纪末,奇虾渐渐没落,取而代之的是游泳速度更快,体型更大,适应不同环境的肉食头足类,例如直角石(Orthoceras),这些头足类的后代是现代海洋中的章鱼、乌贼、鹦鹉螺,它们同样以超强的游泳和捕食能力占据着海洋霸主的一席之地。为什么会发生奥陶纪生物大辐射事件?和生物大灭绝不同,奥陶纪生物大辐射事件并不是因为地球环境发生了重大、剧烈的变化导致的,也不是由单一的因素主导引发的。

它是一个长期、多种生物环境因素相互作用的复杂过程。目前科学家仍在探讨的原因有以下几点:1. 超大陆的裂解与火山活动。地球板块在四十多亿年的历史中分久必合,合久必分。在11亿年前的元古宙时期,地球上的大部分陆地连成一体,形成了一块叫做罗迪尼亚(Rodinia)的超大陆。这块超级大陆从大约7.5亿年前开始慢慢解体。到了4.8亿年前的奥陶纪,正是罗迪尼亚超大陆四分五裂,板块活动十分剧烈的时期。

2. 温室效应和凉凉的海水。火山活动还释放了大量二氧化碳进入大气。寒武纪末、奥陶纪初,地球的二氧化碳浓度是现代大气的约15倍。可以说,奥陶纪的地球就是一个大温室!温室效应加剧了海平面升高的趋势。海平面最高时,甚至高出现代海平面200米以上!浅海面积因此扩大,这就为生物的繁盛提供了场所。同时,奥陶纪逐渐变凉的海水也让海洋生物的生活条件更好了。3. 食物链革命。

和现代海洋中的"大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米"一样,奥陶纪海洋中多种多样的生物也构成了复杂的食物链和食物网。在食物链最底下的,是各种藻类和浮游生物。前面提到,奥陶纪的板块运动和火山活动为生物提供了广阔的生存空间和充足的营养来源,使得海洋中微小的藻类、浮游动植物成爆发式增长,类似现在被污染水体里蓝藻爆发,只不过规模更大。

而这些小生物成为食物链中高级别生物的食物来源,进而为物种多样性的形成提供了丰富的生态空间。4. 生物内因。这里的内因是指,生物自己的某些特征,比如生活方式、对于环境变化的忍受能力、新的身体构型、组织和器官的出现、基因突变等等。有研究发现,早奥陶世时期,双壳类(现代的代表如牡蛎、河蚬等)演化出了滤食性的鳃。这一特征让它们更适应营养物质增多的环境,从而发生了双壳类物种多样性的辐射。

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