觀焦點：臭氧層空洞竟然是“兇手”

二疊紀末陸地物種大滅絕之謎揭開

臭氧層破壞引起的紫外線輻射增加對陸地食物鏈的影響。（圖片來源：中科院南京地質古生物研究所）

進化雜談

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二疊紀末生物大滅絕是顯生宙五次生物大滅絕中規模和影響最大、最為慘烈的滅絕事件。歷時近3億年的古生代生態體系遭遇了根本性的顛覆，約81%的海洋物種和89%的陸地物種滅絕了。其中，三葉蟲、四射珊瑚、床板珊瑚和？類有孔蟲完全滅絕，其他動植物絕大多數也退出了演化歷史舞臺。

對于此次生物大滅絕的原因，研究者大多指向西伯利亞大規模火山噴發這個“兇手”。但在過往研究中，科學家對于海洋生物滅絕探討較多，而對于陸地生物滅絕的原因及證據研究卻比較少。

近日，中國科學院南京地質古生物研究所研究人員與國外學者組成的團隊通過研究發現，臭氧層的破壞使紫外線輻射增強，成為導致二疊紀末陸地生物大滅絕的“兇手”。相關研究成果在線發表于國際期刊《科學進展》。

“保護傘”分量雖少，但正好適宜生物生存

臭氧層是23億年前第一次大氧化事件的產物。當地球從無氧環境變為有氧環境，伴隨著大氣中的氧氣不斷增多，氧氣與紫外線發生化學反應，氧分子被分解為兩個氧原子，孤立的氧原子與其他氧分子相結合形成了O_3，即臭氧。臭氧吸收紫外線，被分解為氧分子和氧原子，產生更多臭氧，于是形成了臭氧層。

作為地球生命的“保護傘”，臭氧層吸收了對生命有害的太陽紫外線，免除了對生物來說最重要的DNA的破壞。在紫外線三種類型中，最具破壞力的短波長紫外線和中波長紫外線能量巨大，能夠到達生物的細胞內部，破壞DNA。因此，臭氧層就像是保護地球生物的重要“宇航服”，其分量雖極少，只占大氣總量的百萬分之一，卻不多不少，正好適宜生物生存。

臭氧層形成這種微妙平衡的過程，可以說是近乎奇跡。但是，如果臭氧層出現空洞或稀薄，將使地球生命面臨災難性的后果。

花粉粒中“防曬霜”含量出現異常變化

生物為了適應環境，總會激發自身的潛力，演化出一些調控機制，以減少環境巨變對自身帶來的傷害。例如，科學家發現在植物的孢子和花粉的外壁中含有大量香豆酸和阿魏酸化合物，其功能與“防曬霜”十分相似。植物體的生殖細胞就利用這些化合物，通過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，保障陸生植物的傳播和繁衍。

專家通過分析我國西藏南部陸相二疊—三疊紀過渡剖面中的一些畸形孢子和花粉，推測出這些畸形孢子和花粉，是由于西伯利亞大火成巖省噴出的鹵族元素造成全球臭氧層破壞，誘發紫外線輻射增加引起的。

另外，植物體為了抵御紫外線對葉肉細胞的破壞，還會在其葉片中大量合成葉黃素、香豆酸和阿魏酸等，這就勢必相應減少了葉綠素的合成，從而降低植物體光合作用，減弱植物體對于溫室氣體吸收能力，最終加重二疊紀末期火山噴發引起的全球溫室氣體。

同時，葉肉中的葉黃素、香豆酸和阿魏酸等化合物的營養價值較低，大大影響了食草動物以及昆蟲的消化，所以紫外線輻射的增加，間接影響了陸地食物鏈，這可能是導致二疊紀末陸地食草動物，以及昆蟲大滅絕的重要原因。

臭氧層空洞不容忽視

今天的地球，臭氧層的狀態同樣令人揪心。科學觀察發現，臭氧層的盈縮變化一直處在波動中。就在上世紀下半葉，南極上空的臭氧層空洞面積不斷擴大，曾經一度達到了2500萬平方公里。其罪魁禍首就是人類制造的氟利昂。不過，最近幾年在全球人類的共同努力下，減少了氟利昂的排放，南極上空的臭氧層空洞正在慢慢愈合。

但美國國家航空航天局發現，在北極的上空又出現了一個面積相當于澳大利亞的巨大臭氧層空洞。而北極出現臭氧層空洞所引發的問題更加危險，因為世界上大部分的人口都生活在北半球。2020年春，北極上空的臭氧層空洞一度擴大，損失的臭氧含量達到2011年以來的最大值，其原因則與當時出現了一股強大的平流層極地渦旋有關，聚集在渦旋中的鹵族元素促進了臭氧的分解，導致了臭氧層出現空洞。

顯然，臭氧層破壞的原因比較復雜，包括人類和自然等因素。幸運的是，今年初，聯合國專家小組發布報告稱：“臭氧層正在穩步恢復”。但是，當我們審視地球歷史上臭氧層破壞造成生物數次大滅絕的教訓時，就應認識到，人類對于臭氧層的保護不能存在一絲一毫的僥幸。

保護臭氧層不僅有助于防護紫外線，還有利于應對全球變暖，但臭氧層這頂地球生物的“保護傘”其實非常脆弱，人類決不能忽視臭氧層空洞問題，否則類似地球歷史上的生物大滅絕將會再次降臨。

（作者系中國科學院南京地質古生物研究所研究員、南京古生物博物館名譽館長）

標簽： 臭氧層破壞 紫外線輻射 西伯利亞