微生物的爆发性增长或是第三次生物大灭绝的主要原因

（中国化石网）据中国社会科学网（褚国飞/编译）：美国麻省理工学院（MIT）地质物质学家丹尼尔·罗斯曼（Daniel Rothman）的研究小组就距今2.5亿年前的美国麻省理工学院起因提供了新证据。近日，罗斯曼、格雷戈瑞·方尼特（Gregory Fournier）和其他5名美国麻省理工学院、中国科学院南京地质古生物研究所研究人员在美国《国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Science, PNAS）共同发表文章，认为微生物的突然性、爆发性增长是第三次生物灭绝的主要原因。

第三次生物灭绝发生在距今2.5亿年前的二叠纪末期，其原因科学界至今未有定论。罗斯曼小组提出的新观点是，通过对来自海洋沉积物的分析数据表明产甲烷菌是罪魁祸首。这种微生物在海洋中爆炸喷发，导致大量甲烷进入大气，迅速改变了海洋气候和海洋构成。

研究发现，该时期开始存在大量有机物，但缺乏能消化它们的物种。海洋生物进化过程中出现了甲烷八叠球菌属的古生菌，能消耗有机物并产生乙酸和甲烷，但当时没有物种能处理乙酸。小组成员之一、MIT博士后方尼特通过对比50种不同物种的乙酸代谢基因，判断这种基因出现在2.5亿年前，时间正好吻合。他认为，这一进化使甲烷菌大量繁殖，导致甲烷大量产生。甲烷是一种温室气体，进入大气层导致地球气温剧烈上升。罗斯曼利用碳同位素技术分析了这些沉积物质形成时间，认为甲烷菌大量繁殖是导致当时地球气温增加，海水酸化的原因，并最终导致第三次地球生物大灭绝。

罗斯曼也表示，没有单一证据能全部解释大灭绝发生的原因。微生物突发性大增长也不是唯一因素。该论文编辑、伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）研究员海思（John Hayes）对该发现给予很高评价，认为这是物理学、生物化学和地质学跨学科研究的典范。研究小组跨学科密切合作，以一种更全面的多学科视角，为人们理解这次大灭绝增加了重要细节。

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大量甲烷的爆发造成了气温的突然急剧上升以及海水的酸化；这与当今全球气候变化模型所预测的类似。在二迭纪末的大灭绝时期，几乎所有贝壳类海洋生物都灭绝了，这与贝壳不能在酸性水域中形成的观察结论是一致的。（图片来源：ryooota / Fotolia）

（中国化石网）据环球科学（翻译：邰伦玥）：化石表明，大约在2.52亿年前的某个时候，地球上90%的物种突然都灭绝了。

这是到目前为止，地球上已知的五次物种大灭绝中最大的一次。虽然导致这场浩劫的“幕后元凶”在全球各地都留下了犯罪证据，但要确定造成大灭绝的罪魁祸首是谁，却一直十分困难的，并且饱受争议。

目前，美国麻省理工学院(MIT)的研究人员可能已经找到了足够的证据，确定了真凶——不过，你需要一把显微镜才能看到凶手。

这项新的研究表明，凶手并不是之前被怀疑过的陨石坠落、火山爆发、或者严重的煤矿火灾，而是一种微生物，准确的说，是一种名为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)，能够产生甲烷的古生菌。这种微生物在海洋中突然大规模繁殖，向大气中排放了惊人的甲烷量，迅速地改变了气候和海洋的化学成分。

根据这一新的背景知识，火山爆发也并非完全与此次大灭绝无关。它们充当了这项“罪行”的从犯。新的证据显示，微生物突然爆炸性增长的原因可能是，它们拥有与众不同的本领，能够利用有机碳元素这一丰富资源，加上当时大规模的火山活动喷发出的大量镍元素，为其生长提供了丰富的营养。

这项新发现由麻省理工学院的地球物理学教授Daniel Rothman、博士后Gregory Fournier和其他五位麻省理工学院以及在中国的研究人员共同完成，发布在本周的《美国国家科学院学报》（Proceedings of the National Academy）上。

研究人员的结论基于三方面独立的证据。首先，地球化学证据显示，在所谓的二叠纪灭绝期，海洋里的二氧化碳量呈指数型增加(或者更快)。第二，遗传学证据显示，当时，甲烷八叠球菌属产生了一种变异，使其能在水中收集二氧化碳，生产甲烷。第三，地质学沉积物中显示，镍元素的含量恰恰在这一时期突然增加。

碳沉积现象表明，有某些东西引起了大规模灭绝时含碳气体（二氧化碳或甲烷）排放量的显著上升。一些研究人员认为，火山的爆发形成了西伯利亚暗色岩（Siberian traps），这些气体可能就是由那次火山爆发产生的。西伯利亚暗色岩是由地质学记录上范围最广的一次火山爆发形成的。但根据麻省理工学院研究小组的计算，火山喷发的原因都远远不够解释沉积物中的碳含量的剧增。更重要的是，所观察到的碳元素随时间的变化规律与火山模型并不吻合。

“由火山快速释放的二氧化碳量初期会迅速增加，而后期将逐渐减少。”Fournier解释道，“然而，我们看到的情况正好相反——二氧化碳含量保持了不间断的快速增长。“这显示了微生物的迅速扩张。”他补充道: 能够使碳产量成倍、甚至更快增长的现象为数不多，微生物种群的增长就是其中之一。

但如果有生物体会释放那么多甲烷，那么它们是什么生物？当时是什么促使了它们会这样？

这些问题就有待基因组的分析来解决了：事实表明，通过与另一种微生物的基因转移，甲烷八叠球菌属习得了一种迅速制造甲烷的方法。研究团队对于这种生物历史的详细记录表明，这次基因转移发生在二迭纪末的大灭绝时期。(先前的研究只把这次事件模糊地标定在过去的4亿年里)。在适当的条件下，新获得的基因帮助微生物迅速繁殖，急剧消耗海洋沉积物中大量储备的有机碳化合物。

但最后还有一个问题：如果这些微生物没有足够的矿物营养支持，它们就不能如此大规模繁殖。对于这种特定的微生物来说，限制其繁殖的营养物质是镍。中国最新的对沉积物的分析显示，镍元素在西伯利亚火山喷发后急剧增加（几个世界上最大的镍矿就是因为这次火山喷发而形成的）。这为甲烷八叠球菌属的爆炸性增长提供了推动剂。

作为结果，大量甲烷的爆发造成了气温的突然急剧上升以及海水的酸化；这与当今全球气候变化模型所预测的类似。在二迭纪末的大灭绝时期，几乎所有贝壳类海洋生物都灭绝了，这与贝壳不能在酸性水域中形成的观察结论是一致的。

“很多结论都是由碳同位素分析得出的。”Rothman说道。在地质学记录的这个部分，同位素分析是非常有力和明确的。“如果不是这样一个不寻常的信号，我们将难以排除其他的可能性。”

虽然任何单一的证据都无法证明远古的大灭绝时期到底发生了什么，不过，麻省理工学院的洛伦兹中心（MIT's Lorenz Center）的主任Rothman说道，“所有这些证据串联起来，比任何一个单独证据具有说服力得多。”虽然不能百分之百确定是微生物造成了物种大灭绝，但确实排除了一些其他的假说，并且让这个解释更加有说服力、有逻辑性。