环境

三亿年前的巨量碳排放灾难

当今地球正处于从3400万年前开始的新生代冰室气候之中，然而，近百年来，全球气温在冰室气候大背景下快速升高，两极冰川消融加剧，海平面上升，海洋缺氧程度加重，导致全球生物多样性降低。距今3.6亿—2.8亿年间的晚古生代大冰期是地球历史上持续时间最长、规模最大的一次冰室气候期，也是陆生高等植物及陆地生态系统建立以来唯一一次记录了地球由冰室气候向温室气候转变的地质时期，当时的大气二氧化碳和氧气浓度与现代相当，可以与现今人类生存的冰室气候环境进行极好的类比。贵州罗甸纳庆剖面发育了国际上鲜有的连续出露的石炭纪海相地层，完整记录了石炭纪晚期海水的地球化学信息。研究人员通过对该剖面采集精度达厘米级的样本，测试分析了其中的碳和铀同位素及主微量元素，并用全球碳循环模型（LOSCAR）对碳排放量及碳源进行了数值模拟研究，再利用耦合的碳－铀模型计算出当时全球海洋缺氧程度，最后利用更综合的地球系统模型（CESM）进行数据模拟，最终建立了该事件中碳排放与海洋缺氧面积的关联机制。研究结果显示，石炭纪晚期（约3.04亿年前）冰室气候下，约9万亿吨碳在30万年内排向大气，从而引起了当时全球气候的显著变暖。期间海水表面温度升高约4℃，全球海洋缺氧面积扩张至18%，海洋生物多样性在短期内显著下降。地球系统模型研究表明，在冰室气候的全球变暖期间，广泛的海洋缺氧状态可能与海水分层的增强和营养输入的增加（消耗氧气）相关。通过比较地质历史中不同气候环境下的碳排放事件及其引起的全球变暖和海洋缺氧状态，研究团队首次提出，在同样的碳排放速率下，相较于温室气候，冰室气候下的海洋可能会出现更严重的缺氧状态。而通过对地质历史过程中已经发生的类似气候环境事件的研究，详细识别事件的发生、发展及结束过程，可进一步揭示其对海洋生物多样性的影响，为人类如何应对未来可能发生的极端气候提供一定借鉴。（PNAS,2022,119(19):e2115231119）

轮藻植物搭乘候鸟飞越大海

轮藻是一种体形较大、构造较复杂的藻类，具有貌似根、茎、叶的分化。轮藻在化石中主要被保存为“藏卵器”，即其卵囊球的钙化部分。化石藏卵器的大小在0.2—3.5毫米之间，形状多样，有卵形、椭球形、球形、圆柱形、瓶形等。近期，我国古生物学家报道了准噶尔盆地南戈壁地区古新世晚期轮藻植物群的研究成果，认为该地区的轮藻植物群起源于亚洲并在始新世中、晚期向欧洲扩散。值得注意的是，这个时期该地区动植物的迁移和扩散，常常被图尔盖海峡（Turgai Strait）所阻隔，然而轮藻植物群却并未受影响，反而在图尔盖海峡闭合之前就开始扩散。图尔盖海峡，又称西西伯利亚海，是中侏罗世至始新世末期（或渐新世）连接北冰洋和特提斯洋同时分隔亚洲和欧洲大陆的大型浅、咸水体。科学家经研究认为，之所以出现这种独特的现象，是因为水鸟在轮藻的洲际传播过程中起到了关键作用。在中亚和欧洲始新世中、晚期地层中出现的一些相同的鸟类化石组合支持了这一观点。根据现生轮藻传播的研究，轮藻的藏卵器既可以附着于鸟类的爪和羽毛上，也可以被鸟类摄入从而进入其消化道或盲肠。当藏卵器为候鸟的消化道所携带时，它们就能在相距100—150英里（161—241千米）的湖泊之间传播；当藏卵器为候鸟的盲肠所携带时，它们就可能会被散播至更远距离（前者距离的几倍）的湖泊。（Journal of Paleontology,2022, 96(3):706-714）

全球变暖催花谢

花，自古以来就是唯美爱情的传递者。于植物而言，花更是种群延续的必需器官。一朵花从开放到调谢的持续时间，称为花寿命（floral longevity），是植物重要的繁殖性状。植物的花寿命表现出很大的差异，有的“昙花一现”几小时，有的能徐徐绽放数十日之久。即便是同一科、同一属或同一物种的不同种群间，花寿命都表现出多样的变化。花寿命的生态和演化适应机制是植物演化生物学家关注的焦点。最近，我国科学家搜集了全球818种被子植物的花寿命数据，试图回答以下两个科学问题：花寿命的全球生物地理格局是怎样的？花寿命受哪些因素的控制？综合所有被调查到的被子植物资料可知，平均花寿命为4.5天，其中，最短的仅2小时，最长达33天，相差400倍；花寿命具有较强的系统发育信号，表明亲缘关系越近的植物，花寿命越相似；随着纬度和海拔的增加，花寿命明显延长，赤道附近的平均花寿命为2天，而北纬50度和南纬50度的平均花寿命分别达到4.9天和3.9天；与传统观点不同，自交不亲和植物、草本植物、昆虫传粉植物、大花植物的花寿命并不比自交亲和植物、木本植物、脊椎动物传粉植物和小花植物的花寿命长；每朵花产生的花粉数量越多或传粉成功指数越低，花寿命越长；在高温、干旱以及强太阳辐射地区，植物倾向于短的花寿命。而同时考虑所有的生物和非生物因素时，只有开花季的温度（负相关）和花粉数量（正相关）对花寿命具有显著的影响，分别解释了26%和10%的变异，说明植物花寿命主要受所在环境的温度的影响。由于与温度相关的生理成本（如呼吸和蒸腾）是影响花寿命的主要决定因素，在全球气候持续变暖以及极端高温事件频繁发生的背景下，植物的花寿命可能呈现出缩短的趋势，进而加剧植物传粉不足的现象，引起植物种群或地理分布的变化。这项研究为全球气候变化下植物多样性的保护提供了参考。（New Phytologist,2022, doi.org/10.1111/nph.18271）