探寻二叠纪 - 三叠纪陆地 “避难所”：改写陆地生态系统演化认知

为探究二叠纪末大灭绝（EPME）对陆地生态系统影响，研究人员分析新疆南桃东沟剖面化石，发现陆地 “避难所”，改写生态恢复认知。

　　

研究背景：二叠纪末大灭绝的 “未解之谜”

在地球漫长的历史长河中，二叠纪末大灭绝（EPME）是一场极其惨烈的生物浩劫。大约在 2.5194 亿至 2.5188 亿年前，这场灾难导致约 80% 的已知物种灭绝，海洋生态系统遭受重创，生物多样性锐减，之后至少 100 万年都被一些特殊的灾难或机会主义类群主导。

然而，关于 EPME 对陆地生态系统的影响，科学界却充满了争议。许多研究认为陆地生物多样性也大幅下降，比如晚二叠世在冈瓦纳大陆占主导地位的舌羊齿（Glossopteris）大化石以及中国西南地区热带华夏植物群的大羽羊齿（Gigantopteris）在这场危机中消失，以往的孢粉学研究也显示 EPME 前后全球孢粉植物群的演化轨迹存在一定一致性，淡水藻类化石和一些特殊孢子的出现被认为是森林砍伐或环境干扰的证据。但也有研究表明植物多样性的下降可能只是局部现象，受到非海相地层化石稀缺的影响。这些相互矛盾的观点使得陆地植物群落对环境变化的响应机制以及中生代植物的起源等问题变得扑朔迷离，就像一团迷雾笼罩在科学界。

为了驱散这团迷雾，中国科学院南京地质古生物研究所、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等机构的研究人员展开了深入研究，他们的成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。

研究方法：揭开化石背后的秘密

研究人员选择了位于新疆吐鲁番 - 哈密盆地的南桃东沟（STD）剖面进行研究。这个剖面距离著名的大龙口剖面约 80 千米，其地层沉积环境复杂，包含了多种岩石类型和古土壤，记录了丰富的地质信息。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过对 129 个孢粉样本进行标准的 HCl - HF - HCl 浸解处理，分离出孢粉形态，并利用显微镜和专业软件进行观察和统计分析，通过聚类分析确定了不同的孢粉组合。其次，对采集到的化石植物和化石四足动物进行细致研究，包括对化石树干和根进行切片观察，对化石四足动物的骨骼进行鉴定和分析。此外，研究人员还采用了 U - Pb 锆石年代测定技术，对剖面中的火山灰和膨润土中的锆石进行分析，通过激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（LA - ICPMS）和化学磨蚀同位素稀释热电离质谱（CA - ID - TIMS）等方法，构建了高精度的贝叶斯年龄模型，为确定化石层的绝对年龄提供了依据。

研究结果

1. STD 剖面年龄模型：研究人员利用贝叶斯年龄模型，对 STD 剖面的地层进行了精确的年代校准。该模型显示，剖面跨越了 0.43Ma，从 2.5210 亿年到 2.5167 亿年，涵盖了二叠纪 - 三叠纪界线（PTB）。通过对火山灰层和沉积旋回的追踪，研究人员能够准确地确定每个化石层的年龄，为后续研究提供了坚实的时间框架。
2. 孢粉、植物和四足动物的分类组成：通过对 15 个样本的孢粉分析，研究人员识别出了三个孢粉组合。最下层的组合以三缝孢子为主，表明当时该地区为湖相三角洲和湖平原环境，主要由石松类植物和二齿兽类（Dicynodon）的吐鲁番兽（Turfanodon）占据；中间的组合双囊花粉显著增加，代表了一个由裸子植物或种子蕨森林覆盖的湖相三角洲或湖平原环境；最上层的组合三缝孢子再次增多，推测该地区存在更多的蕨类植物元素和较少的裸子植物。

此外，研究人员还发现，该地区的裸子植物花粉在 EPME 期间并未受到明显影响，甚至在 EPME 开始时相对丰度有所增加，这与以往认为 EPME 导致陆地森林砍伐的观点相悖。同时，通过对化石植物和四足动物的研究，发现该地区在 EPME 后 7.5 万年就形成了一个功能多样的陆地生态系统，包括初级生产者、初级消费者和次级消费者，这比以往认为的陆地生态系统恢复时间要快得多。3. 适度区域水文波动维持的避难所：STD 剖面独特的孢粉植物群模式与同期其他剖面不同。研究人员通过对比区域气候代用数据和孢粉数据发现，EPME 期间陆地孢粉植物群的变化主要受区域水文条件驱动。在 EPME 之前，该地区气候湿润或半湿润，有利于石松类植物生长；EPME 开始时，气候转变为季节性干旱，但这种干旱趋势是暂时的，且幅度适中，对当地生态系统影响较小；EPME 结束时，气候又恢复为半湿润状态。这表明适度的区域水文波动维持了该地区作为陆地植物避难所的功能。

研究结论与意义

综合研究结果，研究人员认为 STD 地区在 EPME 前后可能是陆地植物的一个中纬度避难所，为许多陆地植物提供了生存的 “避风港”。这里的生态系统在 EPME 期间保持了相对的稳定性，没有遭受大规模的森林砍伐和长期的生态恢复过程。

这一研究成果具有重要的意义。它挑战了传统观点，表明陆地生态系统在 EPME 后的恢复速度可能比之前认为的要快得多，改写了人们对陆地生态系统演化的认知。同时，也为研究中生代植物的起源和演化提供了新的线索，说明该地区可能是中生代陆地生物多样性辐射的重要来源之一。此外，该研究强调了避难所在陆地生态系统演化过程中的重要作用，为后续研究陆地生态系统对重大环境变化的响应提供了新的思路和方向，让人们更加深入地了解地球生物演化的奥秘。