揭开生物复苏的神秘面纱

二叠纪末(2.52亿年前)显生宙灭绝事件引发了海洋和陆地生态系统的严重危机，约75%的陆地物种消失了。那么，大规模灭绝后，生态系统需要多长时间才能恢复？

最近，中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南固研究所)的科研小组发现，二叠纪灭绝结束后，湖泊和森林生态系统可能需要长达1000万年的时间才能显著恢复。相关结果于3月31日发表在《地质学》在线版上。

“如果在地层中没有发现这么多种类的化石，就不会形成完整的生物链，也不会得出这篇文章的结论。”该论文的作者、南固研究所现代陆地生态系统起源和早期演化研究小组的研究员王波告诉《中国科学》，“我们花了10年时间在陕西铜川勘探野外地层，最终揭开了生物恢复的神秘面纱。”

生物恢复需要很长时间。

在人类出现之前，地球历史上已经发生过许多极端天气事件(如极端寒冷或极端炎热的天气事件)。最著名的是五次大规模灭绝，例如，著名的恐龙灭绝发生在6600万年前的白垩纪大规模灭绝。

"我们的研究集中在二叠纪末期显生宙最大规模的灭绝事件上."王波解释道，“这场大规模灭绝事件导致了数万年内约80%的海洋生物和约75%的陆地生物迅速灭绝，然后形成了延续至今的现代生物群。”

当时，学者们普遍认为灭绝事件是由西伯利亚大火成岩省的爆发引起的连锁反应引起的:大量二氧化碳被注入空气，导致全球变暖和酸雨，导致陆地上的植物死亡，并造成大规模的陆地侵蚀。

二叠纪大灭绝后，地球环境仍然不稳定，碳循环波动明显，气候继续炎热干燥。每组的恢复模式也不同。

该论文的第一作者、南固研究所现代陆地生态系统起源和早期进化研究小组的博士生赵向东说:“其中，有孔虫、菊石和牙形石恢复最快。需要100万到200万年才能恢复到灭绝前的水平，而海洋造礁生物和陆地森林大约需要1000万年才能恢复。”

以往的研究发现，海洋生态系统直到安妮期中后期，即二叠纪灭绝后800万-1000万年才明显恢复，并在三叠纪后期继续恢复。

比记录早500万年

迄今为止，已知最古老的中生代复杂湖泊生态系统可追溯到中国和中亚中三叠世晚期至晚三叠世早期的记录。王波告诉《中国科学报》:“由于缺乏早三叠世和中三叠世的深湖沉积地层和化石记录，我们对湖泊生态系统的恢复模式和时间了解较少。”

为此，南固研究所现代陆地生态系统起源与早期演化研究小组与长庆油田工程师谢等人合作，对鄂尔多斯盆地中三叠统湖相沉积地层进行了系统研究。

你为什么选择探索中国的鄂尔多斯盆地？王波解释说，鄂尔多斯盆地三叠系构造简单、层序清晰、矿产化石资源丰富，是研究陆相三叠系层序地层和恢复古环境的重点地区。

“经过十年的野外工作和我们团队的取样分析，首次提出湖泊生态系统在中三叠世中期(大规模灭绝后的1000万年)表现出明显的恢复。”王波说，我们在八王庄、马庄和姬府村的剖面上采集了四个火山源(凝灰岩、火山灰和凝灰质砂岩)的样品进行同位素定年。同位素测年证实，这是二叠纪灭绝以来最早的厚层湖相油页岩矿床，比以前的记录早500万年

研究小组在鄂尔多斯盆地南部铜川组油页岩中发现了丰富的植物、介形类、腋窝、蝌蚪、昆虫、鱼类和鱼粪化石。

其中一个有趣的发现是，赵向东告诉记者:“我们发现了最大的螺旋鱼粪化石，长达77毫米，表明当时湖里有大型食肉鱼。然而，根据迄今为止发现的最大的鱼类化石碎片，估计其长度只有250毫米，这与鱼粪化石显示的鱼类体形不一致。这可能是因为大型鱼类不容易作为化石保存在沉积物中。”

通过切片化石鱼粪，科学研究小组发现了双翅目昆虫的下颚。“在切片中发现大颚是鄂尔多斯古湖泊中鱼类以昆虫幼虫为食的直接证据。”王波解释说，“这种生态类型明显不同于湖泊中普遍缺乏双翅目幼虫和灭绝前缺少水甲虫，代表了典型的中生代湖泊生态系统，与三叠纪海洋生态系统一致。”

为油气勘探提供依据

在三叠纪的前1000万年间，全世界大陆地层中普遍存在煤层缺失现象，因此这一时期也被称为“煤层缺失期”。

一般认为，中三叠世煤层的出现代表了大灭绝后森林生态系统的明显恢复。鄂尔多斯盆地已知最古老的三叠系煤层产于二叠系最上部，其年龄略大于铜川组油页岩。

王波表示，根据油页岩的出现时间，我们建立了与海洋生态系统恢复相对应的“油页岩缺失带”，这与陆地上的“煤层缺失带”时间相吻合，也为油气资源的勘探提供了化石证据。

此外，由于三叠纪早期的炎热气候，湖泊中的溶解氧含量将受到限制，从而阻碍了生态系统的恢复。然而，在安妮时期，海洋碳埋藏的大量增加可能导致大气CO2含量的减少和全球变冷，从而改善湖泊的生态条件。

王波说:“火山灰将为湖泊带来丰富的营养，并可能显著提高鄂尔多斯盆地古湖泊的初级生产力。因此，全球气温下降和火山灰养分输入共同促进了鄂尔多斯盆地古湖泊生态系统的繁荣

相关论文信息:https://doi.org/10.1130/G47502.1

研究人员正在收集化石。

剖面中的各种代表性化石。鱼粪；鱼粪片；f和g，甲虫；鱼；I .介形类；小蝌蚪。