生物大灭绝为什么反复发生?

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  自生命起源到现在的数十亿年间,地球上出现过数十亿个物种,而现存的物种只有数百万个。也就是说,地球上曾经出现过的物种,99%以上都已灭绝。没有一个物种能够永世长存,现存的物种以后也会一个一个地灭绝。物种灭绝是一个一直在发生的过程,大部分(约占2/3)的灭绝是由于不同物种之间的竞争、环境的变化等进化因素分散地发生的,被称为背景灭绝。但是剩下的灭绝,却是集中发生的,在比较短的时间内,仿佛祸从天降,许多物种一起灭绝,被称为大灭绝。
  物种大灭绝让地层中的化石分布出现了断层,某类群的化石完全消失了,而被新的化石类群所取代。地质学家根据卉生物化石类群的更替现象来划分地质年代,把地质年代分为古生代、中生代和新生代三个时期,每代之下再分为几个纪。
  古生物化石的更替现象在代与代更替时表现得最明显。从古生代的最后一个纪(二叠纪)到中生代的第一个纪(三叠纪),化石分布存在着最显著的跳跃,表明发生了生物史上最大的一次灭绝:在古生代大量存在的三叶虫到了二叠纪末期再也找不到,而且96%的海洋生物物种也都灭绝了。从中生代的最后一个纪(白垩纪)到新生代的第一个纪(第三纪)的化石分布变化也非常明显,这一次的物种大灭绝规模虽然比不上三叠纪大灭绝,却最为著名:在中生代盛极一时,曾经主宰地球2亿年的恐龙,到了白垩纪后期完全不见了,同时灭绝的还有大约70%的海洋生物物种。生物史上的大灭绝并非只有这么2次。20世纪80年代末的一项研究表明,生物大灭绝在历史上共发生过23次,大约每2600万年发生1次,似乎具有周期性。虽然,对于物种大灭绝的发生是否真的如此频繁和有规律还有争议,但即使是最保守的估计,也认为至少有5次物种大灭绝是非常明显的。物种大灭绝即使不是有规律的周期性现象,也是反复发生过的。那么,物种大灭绝为什么会反复发生?
  恐龙的灭绝最为著名,研究它的人也最多,形形色色的“恐龙灭绝理论”也不断被提出,气候变化、火山爆发是经常被提到的因素。有的恐龙灭绝理论比较有创意,比如说哺乳动物把恐龙蛋吃光了;有的理论则到了荒谬的地步,比如说恐龙是集体自杀的,是被外星人吃光的等等。
  终于,有一个恐龙灭绝理论得到了大多数人的认同。1980年,曾获诺贝尔物理学奖的路易斯·阿尔法雷兹等人提出,恐龙灭绝是由于一颗小行星撞击地球引起的。这样的撞击产生了巨大的能量,相当于几十万颗原子弹在地球上同时爆炸,足以引起物种的大灭绝。这听上去有点匪夷所思,但是并非空口无凭。阿尔法雷兹等人发现,处于白垩纪和第三纪边界的岩层中含有高浓度的稀有元素。稀有元素在地球岩层中虽然稀少,在陨石中却含量很高,因此这种异常现象表明在白垩纪后期,曾经有一颗大陨石跟地球相撞。
  现在很少有科学家怀疑,在6500万年前曾经发生过一次惊天动地的陨石大碰撞。但是,在那个时间段发生过陨石大碰撞不等于就是它引起了物种大灭绝。在其他地质时期也有曾经发生过陨石大碰撞的迹象,但是当时的化石分布却无任何异常。而其他的几次大来绝,我们连发生过陨石碰撞的迹象都难以找到。物种大灭绝是不是还有别的更普遍的因素?
  如果我们能够统计各个地质时期物种灭绝的规模,说不定能从中发现什么规律。但是一个物种的化石数量往往非常稀少,对它们进行统计容易造成误差,如果统计属或科的灭绝情况,就要准确得多。这是个极为繁琐的工作。芝加哥大学的古生物学家塞普科斯基在图书馆泡了10年,统计了化石数量最为丰富的海洋无脊椎动物各个属、科产生和灭绝的时间。这项工作在1993年完成后,又激发了其他人去统计其他类群的古生物的情况。
  把这些数据汇总在一起,计算各个地质时期灭绝的科的数量,不出所料,通常灭绝的规模不大,但是时不时地会出现灭绝的高峰,最高的5个峰对应着最大的5次灭绝。这样的结果似乎没有什么新颖之处。但是在1998年,有两位物理学家换了个角度分析塞普科斯基的数据,统计灭绝规模的分布情况,有了出乎意料的发现:灭绝规模每增加1倍,发生的几率就减少为1/4。
  这表明生物灭绝和地震、森林大火、沙堆坍塌一样,发生的频率也遵循幂律。当我们见到大事件时,总是习惯于认定它必然是由某种特殊的原因引起的。但是,幂律表明大事件的发生因素与小事件的发生因素相同,它们的出现纯属偶然,是处于临界状态的系统发生连锁反应的结果,并没有特别的“大”因素。当我们挖空心思要为物种大灭绝寻找特别的原因时,是否也误入歧途?也许,全球生态系统和地壳、森林、沙堆一样也处于临界状态,物种大灭绝和背景灭绝的发生因素并无不同,乃是普通的进化过程中一个罕见的,但也是自然而然地发生的结果。
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