点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:2.5亿年前的花粉粒自带“防晒霜”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

2.5亿年前的花粉粒自带“防晒霜”

来源:中国科学报2023-01-10 09:28

  2.52亿年前的二叠纪末大灭绝造成了约81%的海洋物种和89%的陆地物种灭绝,其主要原因被认为是大规模火山喷发导致的环境变化,但仍缺乏环境因素影响陆地生态系统的直接证据。

  近期,中国科学院南京地质古生物研究所研究员刘锋与英国、德国学者合作,通过研究该时期化石花粉粒中“防晒霜”的含量变化,发现了臭氧层破坏导致二叠纪末陆地生物大灭绝的直接证据。相关研究成果1月7日在线发表于《科学进展》。

  为什么古老的花粉粒中会有“防晒霜”?这些“防晒霜”又是如何揭示二叠纪末大灭绝期间全球臭氧层被破坏的?

  反推紫外线辐射强度

  已有研究发现,二叠纪末期西伯利亚大火成岩省喷发造成的全球温室气体增加、全球变暖及海洋酸化可能是引起大灭绝的主要诱因。然而,对于这些环境因素如何影响陆地生态系统,目前还有很多争论。

  孢粉学相关研究人员在陆相二叠-三叠纪过渡剖面发现了一些畸形孢子和花粉,推测它们可能跟由西伯利亚大火成岩省喷出的卤族元素相关,其造成全球臭氧层破坏,进而诱发紫外线辐射增加引起畸形。

  但刘锋告诉《中国科学报》:“单凭在陆相二叠-三叠纪过渡剖面发现的少量畸形孢子和花粉,并不能直接证明二叠纪末期大灭绝期间存在全球臭氧层空洞引起的紫外线辐射增加。”

  植物体需要阳光进行光合作用,又要避免阳光中有害的紫外线对植物体,特别是生殖细胞(孢子和花粉)中遗传信息的破坏。为了适应陆地辐射环境,陆生植物演化出了一些调控机制。

  研究人员发现,在植物体生殖细胞中,这种机制表现为孢子和花粉外壁中含有大量功能与“防晒霜”十分相似的化合物(香豆酸和阿魏酸)。这些化合物可形成共振稳定的酚自由基,抵抗紫外线引起的氧化作用,从而保护脆弱的孢子和花粉,为陆生植物的传播和繁衍提供保障。

  植物学家已经观察到现代植物体可以根据周围的紫外线辐射环境,自动调节其生殖细胞外壁“防晒霜”的含量,同时这些“防晒霜”可以在惰性的孢子和花粉外壁中保存很长时间。“理论上,我们可以通过对‘防晒霜’含量的测定,反推地质历史时期大气紫外线辐射强度。”刘锋说。

  显微镜下手动挑选1011粒花粉化石

  刘锋带领研究团队运用傅里叶变换红外光谱,对产自我国西藏日喀则市扎西宗乡曲宗村曲布剖面,即二叠-三叠纪过渡剖面的1011粒阿里型花粉中的香豆酸和阿魏酸进行了定量测量。通过对这些花粉产出的红外光谱大数据进行分析,研究人员发现在二叠纪末大灭绝期间,地层中花粉外壁的香豆酸和阿魏酸含量明显高于灭绝前后化石花粉中该化合物的含量,直接证明了二叠纪末期大灭绝期间存在全球紫外线辐射增加的现象。

  “在孢粉保存过程中,会不会混入其他物质影响研究结果?”刘锋对此解释说,孢粉保存过程中有可能混入一些无机物,主要是物理侵入,但混入有机物的可能性非常小,因为孢粉外壁是目前世界上已知最惰性(耐腐蚀)的有机物,几乎不与任何化学试剂发生反应,所以很难混入有机物。“这也确保了我们研究的精准性。”

  “这1011粒花粉化石都是我们在显微镜下一粒粒挑出来的。”刘锋向《中国科学报》介绍,“第一次操作时手抖得厉害,当天就撞碎了3根毛细管,每根管1500元,很心疼啊!”

  研究团队遇到的最大困难是孢粉样品太小,挑样极其困难。“我们用了最先进的Eppendorf细胞操作工具,勉强提高了挑样速率。”刘锋说,“但由于经费有限,我们没有买Eppendorf电子操作手臂,都是用自己的手控制毛细管挑选孢粉。”

  在经历了上千次操作后,现在刘锋和学生的手臂操作已经非常稳定,抖动不超过几微米级。

  刘锋指出,现在市面上常见的傅里叶变换红外光谱都不是专门用来测量花粉的,因此测量这么小的物体后得到的信号都很小。“尽管后期获得的光谱信号仍不算大,但我们使用了一些数学算法放大了信号,最终克服了仪器精度方面的困难。”

  存活的植物带动了其他物种灭绝

  “此前的研究往往认为植物先灭绝,再带动其他陆地物种灭绝。”刘锋说,“我们的研究发现,植物在二叠纪末大灭绝期间并没有灭绝,其中包括我们研究的阿里型花粉的母体植物。虽然这些植物没有灭绝,但依然影响并带动了其他物种灭绝。”

  为此,刘锋团队对剖面地层的有机碳同位素和汞浓度进行分析后发现,两个指标的异常波动与化石花粉中出现大量香豆酸和阿魏酸的层位基本相当,进一步确认二叠纪末期全球紫外线辐射增加可能是由当时剧烈的火山活动引起的。

  “空气中紫外线辐射量增加对整个陆地生态系统产生深远影响。由于紫外线不仅对植物生殖细胞具有很强的杀伤作用,也会对叶肉细胞造成破坏。”刘锋介绍,为了抵御紫外线对叶肉细胞的破坏,植物体会在叶片中大量合成叶黄素、香豆酸和阿魏酸等,相应减少叶绿素合成,从而导致植物体光合作用减弱,进而使得植物体对于温室气体的吸收能力减弱,进一步促进了二叠纪末期火山喷发引起的全球温室气体的增加。

  另外,对于食草动物和昆虫来说,叶肉中的叶黄素、香豆酸和阿魏酸等是一种很难消化且营养价值较低的化合物。“因此,紫外线辐射增加间接影响了陆地食物链,可能是导致二叠纪末陆地食草动物和昆虫大灭绝的主要原因。”刘锋说。(沈春蕾)

[ 责编:林佳欣 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 黑龙江哈尔滨采冰节启幕 冰城进入采冰季

  • 浙江建德:迎新年乡村赶大集

独家策划

推荐阅读
基于这样的研究背景,柴秀娟团队近日研发出一种数字孪生驱动的智能温室采摘系统,能有效解决现代温室番茄生产密植环境下,机器人采摘效率低、易损伤植株的问题。团队成员郎一宁介绍:“首先,机器人搭载的滑轨式深度相机会沿温室逐行扫描,采集高精度的RGB-D数据。
2025-12-08 09:54
记者从国家数据局获悉,截至9月底,我国已建成高质量数据集总量超500PB(拍字节,计算机存储容量单位);7个数据标注基地引进和培育标注企业362家,标注从业人员达8.5万人,带动数据标注相关产值163亿元。
2025-12-08 09:53
“梦想”号大洋钻探船的母港在广州海洋地质调查局科考码头,出海执行作业任务时需要通过深中大桥。多年来,我们与150余家参研参建单位团结协作、集智创新,攻克了一个个技术难题,建成了这艘具有我国完全自主知识产权、全球领先的大洋钻探船。
2025-12-08 09:52
空中的昆虫堪称地球上最灵活的生物,能精准完成急转弯、急刹车和空中翻转。美国内华达大学里诺分校的航空航天工程师Hoang-Vu Phan指出,这款新设备标志着“微型机器人性能的巨大飞跃”。
2025-12-08 09:51
近日,中国科学院西安光学精密机械研究所超快光科学与技术全国重点实验室研究员姚保利团队在定量相位成像领域取得进展,提出了正交偏振复用剪切干涉技术,并研发出集成化定量相位相机Q-camera。
2025-12-08 09:50
这次经历让我开了窍:一个顶尖的技术工人,不能只满足于执行标准,更要具备在标准之外创造解决方案的能力。我带徒弟,始终坚持“手把手教技能,实打实查问题,面对面讲后果”。
2025-12-05 10:15
由此,研究团队模仿亚洲玉米螟幼虫头壳的结构特点,在实验室中成功“复刻”出具有类似仿生层状结构的水凝胶。为验证实际效果,研究团队将这种水凝胶安装在农业害虫侦查无人机的防撞支架上,并在模拟果园环境的复杂通道中进行测试。
2025-12-05 10:16
“十四五”时期,我国批准上市创新药达210个。为保证药品安全有效,药监部门对新药研发、生产、上市作出一系列严格规定,强化研发生产各环节质量管理。
2025-12-05 10:22
据中国载人航天工程办公室消息,根据计划安排,神舟二十一号航天员乘组将于近日择机实施第一次出舱活动。目前,空间站组合体运行稳定,神舟二十一号航天员乘组状态良好,已做好出舱活动各项准备工作。
2025-12-05 10:17
大国工匠的成长是一个长期、连续、贯通的过程,职业教育要为学生构建可持续发展的成长通道。在新时代的征程中,职业教育应不断探索符合技术技能人才成长规律的教学模式,为培养更多大国工匠、能工巧匠作出更多贡献。
2025-12-05 10:15
12月1日至4日,第十三届世界科学记者大会在南非比勒陀利亚举行。
2025-12-05 10:48
为何CCER可以抵消碳排放?这里不得不提到中国的碳市场。在这样一个市场里,碳减排量可以像日常商品一样被交易。
2025-12-04 10:13
近日,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称分子植物卓越中心)研究员林鸿宣团队与上海交通大学研究员林尤舜团队、广州国家实验室研究员李亦学团队合作,种出了“不怕热”的水稻。
2025-12-04 10:03
科学家发现了一种可以在63摄氏度下存活的单细胞变形虫,创造了真核生物的耐热纪录。拉森火山国家公园以冒泡的酸性湖泊和炽热的地热池而闻名,但该变形虫却来自一条pH中性的“热溪流”。
2025-12-04 10:04
根据我国风电光伏基地规划布局方案,至2030年,这些新能源基地总装机规模将达4.55亿千瓦,大约相当于20个三峡水电站的总装机容量——“沙戈荒”生态环境脆弱,一旦遭到破坏,恢复难度大,大规模建设光伏风电发电基地可能会影响当地的植被、土壤和水资源等。
2025-12-04 10:01
光明日报北京12月3日电 记者张胜日前从生态环境部获悉,该部与国家能源局近日联合发布3项针对海陆油气田的温室气体自愿减排项目方法学。这是全国温室气体自愿减排交易市场首次将支持范围扩充到油气开采领域,通过市场机制破解油气甲烷回收利用难题。
2025-12-04 09:58
布局“未来产业”,“十五五”规划建议为什么“点名”量子科技、生物制造等6项产业?如何挖掘中国未来产业的应用价值?
2025-12-03 09:52
记者从工业和信息化部获悉:截至10月末,我国5G基站总数达475.8万个,比上年末净增50.7万个,占移动基站总数的37%。
2025-12-03 09:44
利用美国宇航局“毅力”号火星车捕捉到的声音和电信号,法国科学家提出了火星存在闪电的证据。
2025-12-03 09:41
11月30日,内蒙古自治区乌海市,我国装机规模最大的半固态锂电池电网侧独立新型储能项目成功并网。
2025-12-03 09:34
加载更多