提起防曬霜，你一定很難將其與生物大滅絕聯系在一起，然而，科學家不僅將之聯系在一起，還獲得了突破性地發現。
2.52億年前的二疊紀末大滅絕造成了約81%的海洋物種和89%的陸地物種滅絕，其主要原因被認為是大規模火山噴發導致的環境變化，但仍缺乏環境因素影響陸地生態系統的直接證據。中國科學院南京地質古生物研究所劉鋒研究員與英國、德國同行等合作，通過研究該時期化石花粉粒中“防曬霜”含量的變化，發現臭氧層破壞導致二疊紀末陸地生物大滅絕的直接證據，研究成果于2023年1月6日在線發表于國際知名期刊《科學進展》。
來源視覺中國
【資料圖】
為了繁衍，植物自帶“防曬霜”
“萬物生長靠太陽”，植物體需要陽光進行光合作用，為植物體生長提供能量，但又要避免陽光中有害的紫外線對植物的傷害。紫外線對植物體特別是植物生殖細胞（孢子和花粉）中遺傳信息的破壞。
為了適應陸地輻射環境，陸生植物演化出了一些調控機制，以減少紫外線對植物體的傷害。專家告訴記者，為減少紫外線對植物體的傷害，植物自帶“防曬霜”。
植物的孢子和花粉的外壁中含有大量功能與“防曬霜”十分相似的化合物香豆酸和阿魏酸。這些化合物可形成共振穩定的酚自由基，抵抗紫外線引起的氧化作用，從而保護脆弱的孢子和花粉，為陸生植物的傳播和繁衍提供了保障。
“因此，理論上我們可以通過對這些孢子和花粉‘防曬霜’含量的測定，反推地質歷史時期大氣紫外線輻射強度。”中國科學院南京地質古生物研究所劉鋒研究員告訴記者。
迷霧重重的生物大滅絕
2.52億年前的二疊紀末大滅絕是顯生宙最大一次滅絕事件，造成了約81%的海洋物種和89%的陸地物種滅絕。科學家們普遍認為二疊紀末期西伯利亞大火成巖省的噴發造成的全球溫室氣體增加，全球變暖以及海洋酸化可能是引起這次滅絕的主要誘因，但對于這些環境因素如何影響陸地生態系統，目前還有很多爭論。
一些孢粉學家在陸相二疊-三疊紀過渡剖面發現了一些畸形孢子和花粉，推測這些畸形孢子或花粉可能是由西伯利亞大火成巖省噴出的鹵族元素造成的全球臭氧層破壞誘發的紫外線輻射增加引起的。
藏南曲布剖面二疊紀末期黑色頁巖
但通過對現代植物中產出的畸形孢子和花粉的研究表明，這些畸形花粉和孢子產生的環境背景十分復雜，干旱、空氣污染以及植物體的外傷都有可能誘發植物體產生畸形孢子或花粉。專家表示，單憑在陸相二疊-三疊紀過渡剖面發現的少量畸形孢子和花粉，并不能直接證明二疊紀末期大滅絕期間存在全球臭氧層空洞引起的紫外線輻射增加。
“防曬霜”揭示大滅絕期間的秘密
劉鋒研究員介紹說，研究團隊運用傅里葉變換紅外光譜，對產自我國西藏南部二疊——三疊紀過渡剖面的1011粒阿里型花粉中的香豆酸和阿魏酸進行了定量測量。
通過對這些花粉產出的紅外光譜的大數據分析，發現在二疊紀末大滅絕期間地層中花粉外壁的香豆酸和阿魏酸含量，明顯高于滅絕前后化石花粉中該化合物的含量。直接證明了二疊紀末期大滅絕期間存在全球紫外線輻射增加的現象。
曲布剖面二疊-三疊系過渡地層中發現的花粉化石（阿里粉）
同時，研究團隊也對剖面地層的有機碳同位素和汞的濃度進行了分析后，進步確認二疊紀末期全球紫外線輻射的增加可能是由于當時劇烈的火山活動引起的。
研究花粉有多難？ “我們團隊使用的1011粒阿里型花粉化石都產自我國西藏日喀則市扎西宗鄉曲宗村曲布剖面，是我們一粒一粒從顯微鏡下挑出來的。”劉鋒回憶說，研究最大的困難是樣品太小，挑樣極其艱難。
“ 另外就是儀器精度的問題，現在市面上常見的傅里葉變換紅外光譜都不是專門用來測量花粉的，所以用來測量花粉這么小的物體后得到的信號都很小。”劉鋒等研究人員找遍中國多家實驗室，目前僅有上海島津實驗室可以測這么小的物體。“后期獲得的光譜信號還是不算大，我們使用了一些數學算法，放大了這些信號，最終克服了這些困難。”
紫外線輻射如何影響陸地生態系統
空氣中紫外線輻射量的增加對整個陸地生態系統具有深遠的影響。由于紫外線不僅對植物的生殖細胞具有很強的殺傷作用，同時也會對植物體葉肉細胞造成破壞。為了抵御紫外線對葉肉細胞的破壞，植物體會在其葉片中大量合成葉黃素、香豆酸和阿魏酸等，相應減少葉綠素的合成，從而導致植物體光合作用的減弱，進而使得植物體對于溫室氣體吸收能力減弱，進一步加重了二疊紀末期火山噴發引起的全球溫室氣體增加。
另外，葉肉中的葉黃素、香豆酸和阿魏酸等對于食草動物以及昆蟲來說，是一種很難消化且營養價值較低的化合物，所以紫外線輻射的增加間接影響了陸地食物鏈，可能是導致二疊紀末陸地食草動物以及昆蟲大滅絕的主要原因。
臭氧層破壞引起的紫外線輻射增加對陸地食物鏈的影響
專家表示，以古鑒今，二疊紀末期的陸地上的大滅絕其實是溫室氣體增加和紫外線輻射增強相互疊加引起的。現在地球的溫室氣體還是在不斷增加，除此之外，我們還要注意紫外線輻射強度。以防兩者疊加造成非常大的生態災難。
揚子晚報/紫牛新聞記者 于丹丹
中國科學院南京地質古生物研究所供圖
校對 盛媛媛
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