環(huán)境

放射蟲化石限定新特提斯洋初始演化時(shí)間

放射蟲（Radiolaria）是一類單細(xì)胞的深海浮游生物，分布廣泛，演化迅速，具有重要的生物地層學(xué)意義。由于放射蟲硅質(zhì)的骨架可以在碳酸鹽補(bǔ)償深度（CCD）以下的深海區(qū)得以保存，因此在確定深海相地層的時(shí)代上起到獨(dú)特甚至關(guān)鍵的作用。在板塊碰撞帶中，放射蟲硅質(zhì)巖常是蛇綠巖套的重要組成部分，記錄了已消失的古海洋的沉積歷史。雅魯藏布江縫合帶是歐亞板塊與印度板塊碰撞的產(chǎn)物，殘留新特提斯洋的古洋殼碎片。由于該帶經(jīng)受了強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使得原來處于不同環(huán)境、不同成因和不同時(shí)代的各種巖石混雜在一起，形成了雜亂無章的混雜堆積。這些混雜堆積由不同的巖塊和基質(zhì)組成，有關(guān)其形成時(shí)代存在著很多爭(zhēng)議。通過對(duì)這些混雜堆積中廣泛分布的硅質(zhì)巖塊體中放射蟲化石的詳細(xì)研究，可為限定該地區(qū)混雜堆積的形成時(shí)代提供關(guān)鍵的化石依據(jù)，對(duì)闡釋新特提斯洋的形成與演化都具有重要意義。近年來，研究者在藏南澤當(dāng)?shù)貐^(qū)雅魯藏布江縫合帶中采集到了豐富的三疊紀(jì)-白堊紀(jì)的放射蟲化石，產(chǎn)放射蟲的層狀硅質(zhì)巖見于縫合帶內(nèi)的混雜巖中，是新特提斯洋沉積物的殘余碎片。近期，研究者首次報(bào)道了澤當(dāng)布若倉剖面層狀硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的中三疊統(tǒng)安尼期放射蟲化石，識(shí)別出Oertlispongus inaequispinosus和Triassocampe deweveri兩個(gè)組合，并分別與歐洲、俄羅斯遠(yuǎn)東、日本和土耳其等地的相應(yīng)組合（帶）進(jìn)行了對(duì)比。這是迄今為止在雅魯藏布江縫合帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最古老的放射蟲動(dòng)物群，為揭示藏南新特提斯洋的初始演化提供了重要的時(shí)代約束。該發(fā)現(xiàn)表明，至少到中三疊世安尼晚期，在雅魯布藏布江縫合帶東段已具有一個(gè)深水的沉積環(huán)境。（Island Arc.2019:1-10）

氧氣含量制約寒武紀(jì)大爆發(fā)

作為地球上最復(fù)雜的生命，后生動(dòng)物在大約5.4億年前的寒武紀(jì)早期爆發(fā)式出現(xiàn)的觀點(diǎn)，被越來越多的化石發(fā)現(xiàn)所證實(shí)。然而，百年來古生物化石發(fā)現(xiàn)卻留給我們一個(gè)自達(dá)爾文以來一直未解的謎題，也就是大家所熟知的'寒武紀(jì)大爆發(fā)之謎'。即是什么控制著寒武紀(jì)大爆發(fā)的發(fā)生？這是當(dāng)今演化生物學(xué)和地球科學(xué)共同關(guān)注的重大基礎(chǔ)前沿科學(xué)問題。早在2006年，有研究者提出了階段性輻射和滅絕的寒武紀(jì)大爆發(fā)過程模型，并發(fā)現(xiàn)動(dòng)物早期演化的階段性輻射和滅絕過程，與海水碳同位素的異常變化存在耦合關(guān)系。但是，這種相關(guān)性之間的具體原因和機(jī)制一直不明。近期，研究者利用今年來在西伯利亞開野外工作所采集的寒武紀(jì)早期碳酸鹽巖地層樣品，在詳細(xì)的地層學(xué)和生物化石多樣性演化研究的基礎(chǔ)上，開展了系統(tǒng)的碳、硫同位素實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)學(xué)模型計(jì)算。生物地球化學(xué)循環(huán)模型計(jì)算表明，該地區(qū)海水碳、硫同位素在寒武紀(jì)早期距今5.24億年至5.14億年期間發(fā)生了五次同步變化。當(dāng)海水碳、硫同位素同步偏重（正異常）時(shí)，表明有機(jī)碳和黃鐵礦埋藏量增加，導(dǎo)致氧氣產(chǎn)量的快速增加；當(dāng)海水碳、硫同位素同步偏輕（負(fù)異常）時(shí)，表明有機(jī)碳和黃鐵礦埋藏量減少，導(dǎo)致氧氣產(chǎn)氧量的減少。碳、硫同位素變化幅度反映了大氣和淺海中氧氣含量的變化幅度。而距今5.14億年之后碳、硫同位素的不同步變化則反映了海水的普遍缺氧。綜合生物地層資料研究表明，在寒武紀(jì)早期距今5.24億年至5.14億年之間的一千萬年時(shí)間內(nèi)，也就是寒武紀(jì)大爆發(fā)的高峰時(shí)期，海水碳和硫同位素值發(fā)生的同步波動(dòng)的次數(shù)和幅度，與動(dòng)物化石多樣性變化的次數(shù)和幅度在時(shí)間上高度吻合。而在距今5.14億年之后的大約兩百萬年間，碳和硫同位素之間的變化則是不同步的，碳同位素保持明顯的負(fù)異常，硫同位素頻繁波動(dòng)。巧合的是這一時(shí)間內(nèi)發(fā)生了全球性寒武紀(jì)動(dòng)物群的大滅絕。該研究首次采用定量模型論證了動(dòng)物的寒武紀(jì)大爆發(fā)的幕式過程受控于大氣和海洋的氧氣含量變化，而發(fā)生在距今5.14億年左右的寒武紀(jì)動(dòng)物群大滅絕事件是海水缺氧造成的。(Nature Geoscience 2019,10.1038/s41561-019-0357-z)

糞便孕育南極生物熱點(diǎn)地區(qū)

在荒涼的南極地區(qū)，除非你靠近海豹或企鵝的糞便，否則很難找到活著的生物。一項(xiàng)新的研究表明，富含氮的糞便可以開辟土壤，并產(chǎn)生具有生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)，這些熱點(diǎn)可以延伸到企鵝和海豹棲息地以外1000多米的地方。近期，研究者徒步穿過由海豹和南極企鵝（包括巴布亞企鵝和阿德利企鵝）產(chǎn)生的垃圾地帶，對(duì)南極半島3個(gè)不同地點(diǎn)的土壤和植物進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糞便會(huì)以氨的形式部分蒸發(fā)，然后被風(fēng)吹到內(nèi)陸并被土壤吸收。這種氨會(huì)產(chǎn)生一個(gè)養(yǎng)分豐富的循環(huán)：氮被植物和青苔消耗后，反過來又'供養(yǎng)'了大量的無脊椎動(dòng)物，包括螨蟲、彈尾蟲和蛔蟲。事實(shí)上，海豹及企鵝群棲息地周圍每平方米土壤中就有數(shù)百萬無脊椎動(dòng)物，比其他部分的數(shù)量高出8倍。這些研究結(jié)果使科學(xué)家更深刻地了解了生命如何在地球上最寒冷的地方生存。現(xiàn)今，最大的問題是這些孕育生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)是否會(huì)成為孕育其他物種的完美搖籃。入侵性植物可能會(huì)威脅到這類環(huán) 境 的 未 來 。（Current Biology 2019，29：P1721-1727.E3）

自然界無機(jī)礦物轉(zhuǎn)化太陽能

光合作用，通常是指綠色植物（包括藻類）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過程。在自然界尚未觀察到非生物的太陽光收集與利用系統(tǒng)，即暴露在太陽光下地球表面廣泛分布的天然礦物，長期受到太陽光輻射的響應(yīng)機(jī)制，一直未被認(rèn)識(shí)與利用。近期，研究者通過對(duì)中國北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和紅壤等典型地貌中巖石/土壤樣品的深入系統(tǒng)觀測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)直接暴露在太陽光下的巖石/土壤顆粒體表面普遍被一層鐵錳（氫氧）氧化物'礦物膜'所覆蓋。他們針對(duì)地表廣泛發(fā)育的鐵錳氧化物'礦物膜'具有太陽光光電轉(zhuǎn)化的半導(dǎo)體效應(yīng)這一自然規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，提出在陽光照射下地表鐵錳氧化物'礦物膜'是地球上分布最廣的太陽能薄膜'新圈層'，承載著吸收轉(zhuǎn)化太陽能并驅(qū)動(dòng)地球化學(xué)元素循環(huán)、地球物質(zhì)演化與地球環(huán)境演變等重要功能。這一新發(fā)現(xiàn)為深刻理解日光照射下地表礦物所驅(qū)動(dòng)的外動(dòng)力地質(zhì)作用，及其在地球環(huán)境演化與生物進(jìn)化過程中所扮演的重要角色提供了嶄新視角，提升了對(duì)于無機(jī)自然界中存在與生物光合作用相當(dāng)?shù)奶柲苻D(zhuǎn)化利用系統(tǒng)的認(rèn)知水平。在自然界已知的太陽光子和元素價(jià)電子兩種基本能量形式基礎(chǔ)上，研究者提出礦物光電子是地表普遍存在的第三種能量形式的理論，拓展了經(jīng)典光合作用模型，為地球生命活動(dòng)能量來源及地表地球化學(xué)過程吸收利用太陽能提供了新模式，也為太陽系中類地行星如火星表面無機(jī)礦物轉(zhuǎn)化利用太陽能提供了重要借鑒。（PNAS 2019，116：9741-9746）

火星大氣存在甲烷

火星是太陽系八大行星之一，屬于類地行星，直徑約為地球的53%，質(zhì)量為地球的14%。由于其自轉(zhuǎn)軸傾角、自轉(zhuǎn)周期均與地球相近，長期以來科學(xué)家都在研究火星上是否擁有生命。隨著火星地下存在巨大冰凍水的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)火星生命的探究更加關(guān)注。2004年，'火星快車'探測(cè)器率先在火星大氣中探測(cè)到甲烷。不過，當(dāng)時(shí)有科學(xué)家認(rèn)為，探測(cè)儀器的靈敏度不高，探測(cè)結(jié)果不可靠。2013年6月15日，'好奇'號(hào)火星車在火星大氣中探測(cè)到來源未知的甲烷氣體。次日，'火星快車'探測(cè)器在飛越蓋爾隕坑時(shí)，其攜帶的'行星傅立葉光譜儀'也探測(cè)到了甲烷存在。'火星快車'當(dāng)時(shí)探測(cè)到的大氣甲烷濃度為15.5ppb（1ppb為十億分之一）。歐航局在一份聲明中說，這是'好奇'號(hào)探測(cè)到火星大氣存在甲烷后，該結(jié)論首次得到獨(dú)立觀測(cè)研究驗(yàn)證。近期，為探究火星大氣中甲烷的潛在來源，研究者基于'火星快車'所獲數(shù)據(jù)展開了兩項(xiàng)獨(dú)立研究。研究結(jié)果顯示，這些甲烷很可能來源于永久凍土的間歇性氣體釋放。一般情況下，'好奇'號(hào)所在的蓋爾隕坑處的大氣甲烷濃度比較低，不過那里的甲烷濃度經(jīng)常會(huì)有突增。甲烷和其他有機(jī)分子被認(rèn)為是原始生命存在的潛在跡象。關(guān)于火星這顆'紅色星球'上甲烷來源等問題，科學(xué)界存在不同觀點(diǎn)。研究者表示還需對(duì)此展開進(jìn)一步研究。（Nature Geoscience 2019，12：326-332）