環(huán)境

放射蟲化石限定新特提斯洋初始演化時間

放射蟲（Radiolaria）是一類單細胞的深海浮游生物，分布廣泛，演化迅速，具有重要的生物地層學意義。由于放射蟲硅質(zhì)的骨架可以在碳酸鹽補償深度（CCD）以下的深海區(qū)得以保存，因此在確定深海相地層的時代上起到獨特甚至關(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)受了強烈的構(gòu)造運動，使得原來處于不同環(huán)境、不同成因和不同時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)其形成時代存在著很多爭議。通過對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研究，可為限定該地區(qū)混雜堆積的形成時代提供關(guān)鍵的化石依據(jù)，對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?shù)貐^(qū)雅魯藏布江縫合帶中采集到了豐富的三疊紀-白堊紀的放射蟲化石，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，研究者首次報道了澤當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，識別出Oertlispongus inaequispinosus和Triassocampe deweveri兩個組合，并分別與歐洲、俄羅斯遠東、日本和土耳其等地的相應(yīng)組合（帶）進行了對比。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物群，為揭示藏南新特提斯洋的初始演化提供了重要的時代約束。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深水的沉積環(huán)境。（Island Arc.2019:1-10）

氧氣含量制約寒武紀大爆發(fā)

作為地球上最復雜的生命，后生動物在大約5.4億年前的寒武紀早期爆發(fā)式出現(xiàn)的觀點，被越來越多的化石發(fā)現(xiàn)所證實。然而，百年來古生物化石發(fā)現(xiàn)卻留給我們一個自達爾文以來一直未解的謎題，也就是大家所熟知的'寒武紀大爆發(fā)之謎'。即是什么控制著寒武紀大爆發(fā)的發(fā)生？這是當今演化生物學和地球科學共同關(guān)注的重大基礎(chǔ)前沿科學問題。早在2006年，有研究者提出了階段性輻射和滅絕的寒武紀大爆發(fā)過程模型，并發(fā)現(xiàn)動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早期碳酸鹽巖地層樣品，在詳細的地層學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、硫同位素實驗分析和數(shù)學模型計算。生物地球化學循環(huán)模型計算表明，該地區(qū)海水碳、硫同位素在寒武紀早期距今5.24億年至5.14億年期間發(fā)生了五次同步變化。當海水碳、硫同位素同步偏重（正異常）時，表明有機碳和黃鐵礦埋藏量增加，導致氧氣產(chǎn)量的快速增加；當海水碳、硫同位素同步偏輕（負異常）時，表明有機碳和黃鐵礦埋藏量減少，導致氧氣產(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，在寒武紀早期距今5.24億年至5.14億年之間的一千萬年時間內(nèi)，也就是寒武紀大爆發(fā)的高峰時期，海水碳和硫同位素值發(fā)生的同步波動的次數(shù)和幅度，與動物化石多樣性變化的次數(shù)和幅度在時間上高度吻合。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異常，硫同位素頻繁波動。巧合的是這一時間內(nèi)發(fā)生了全球性寒武紀動物群的大滅絕。該研究首次采用定量模型論證了動物的寒武紀大爆發(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動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地區(qū)，這些熱點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，對南極半島3個不同地點的土壤和植物進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糞便會以氨的形式部分蒸發(fā)，然后被風吹到內(nèi)陸并被土壤吸收。這種氨會產(chǎn)生一個養(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)'了大量的無脊椎動物，包括螨蟲、彈尾蟲和蛔蟲。事實上，海豹及企鵝群棲息地周圍每平方米土壤中就有數(shù)百萬無脊椎動物，比其他部分的數(shù)量高出8倍。這些研究結(jié)果使科學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地區(qū)是否會成為孕育其他物種的完美搖籃。入侵性植物可能會威脅到這類環(huán) 境 的 未 來 。（Current Biology 2019，29：P1721-1727.E3）

自然界無機礦物轉(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物，同時釋放氧氣的過程。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)機制，一直未被認識與利用。近期，研究者通過對中國北方戈壁、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)動地球化學元素循環(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)動的外動力地質(zhì)作用，及其在地球環(huán)境演化與生物進化過程中所扮演的重要角色提供了嶄新視角，提升了對于無機自然界中存在與生物光合作用相當?shù)奶柲苻D(zhuǎn)化利用系統(tǒng)的認知水平。在自然界已知的太陽光子和元素價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，為地球生命活動能量來源及地表地球化學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)，人們對火星生命的探究更加關(guān)注。2004年，'火星快車'探測器率先在火星大氣中探測到甲烷。不過，當時有科學家認為，探測儀器的靈敏度不高，探測結(jié)果不可靠。2013年6月15日，'好奇'號火星車在火星大氣中探測到來源未知的甲烷氣體。次日，'火星快車'探測器在飛越蓋爾隕坑時，其攜帶的'行星傅立葉光譜儀'也探測到了甲烷存在。'火星快車'當時探測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'號探測到火星大氣存在甲烷后，該結(jié)論首次得到獨立觀測研究驗證。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)展開了兩項獨立研究。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)常會有突增。甲烷和其他有機分子被認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，科學界存在不同觀點。研究者表示還需對此展開進一步研究。（Nature Geoscience 2019，12：326-332）