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

  • 香港赴北京旅游团抵京

  • 天山南北油气生产忙

独家策划

推荐阅读
会议强调,要攻坚克难扩种大豆油料,做好科技创新、加工增值和政策支持。
2023-02-07 03:20
我国科学家在生物着色遗传机理领域取得新发现。
2023-02-07 03:20
2月6日,国家气候中心在中国气象局举办的新闻发布会上发布了《2022年中国气候公报》(以下简称“公报”)。公报显示:2022年,我国暖干气候特征明显,全国平均气温为历史次高,降水量为2012年以来最少,旱涝灾害突出。
2023-02-07 03:20
年度总结、月报、周报中的套话,可以轻松交给人工智能完成,这也说明一些占据员工大量时间精力的工作只是重复性消耗。
2023-02-07 09:21
日前,福建漳浦六鳌海上风电场二期项目开工建设。风电场位于漳浦县东南侧海域,中心距离海岸线32.8公里,场址面积约22.9平方公里,总装机容量达400兆瓦。
2023-02-07 09:16
日前,中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、石发展教授等在量子操控领域取得重要进展,基于金刚石氮-空位(NV)色心量子比特实现了保真度99.92%的量子CNOT门(量子受控非门)。
2023-02-06 03:15
近日,国家发改委、科技部联合印发《关于进一步完善市场导向的绿色技术创新体系实施方案(2023—2025年)》(以下简称《方案》),力促进一步强化绿色技术对绿色低碳发展的关键支撑作用。
2023-02-06 03:15
作为人工智能领域的创新应用,深度合成近年来风头正劲,AI语音助手、虚拟人、数字人、AR购物、影像修复等在文艺、传媒、医疗、社交等多个领域造福着社会,成为促进数字经济“虚实融合”的关键性技术。
2023-02-06 03:15
水+二氧化碳+电=淀粉?这个看似天方夜谭的想法,被中国科学家实现。
2023-02-06 03:10
中国空间站全面建成、首架C919大飞机正式交付、白鹤滩水电站全面投产……2022年,中央企业全力推进科技创新突破,重大工程、重大项目捷报频传。
2023-02-06 08:55
日前,中国科学技术大学潘建伟、陈腾云等与清华大学马雄峰合作,首次在实验上实现了模式匹配量子密钥分发。相关研究成果发表于《物理评论快报》。
2023-02-07 03:20
山东大学陈子江院士和复旦大学金力院士团队紧密合作,在《自然医学》(Nature Medicine)期刊以长文形式发表了题为“Landscape of Pathogenic Mutations in Premature Ovarian Insufficiency”的研究论文。
2023-02-03 21:59
国家药监局副局长赵军宁表示,2023年将全链条加强中药质量管理,全过程加快中药品种的审评审批。
2023-02-03 20:58
早期肿瘤细胞还未聚集沉积于脑膜,PET/CT或MRI检查都很难发现脑膜转移病灶。脑膜转移的治疗也很棘手。在人体中,脑组织、脑脊液和血液之间有个屏障,能够阻止某些物质(多半是有害的)由血液中进入脑组织。这就使得抗肿瘤药物很难通过屏障去杀死脑内肿瘤。
2023-02-03 19:06
随着大众生活水平的提高,消化内镜检查成为日常检查中的重要一环。各式各样的消化内镜检查层出不穷,到底该如何选择?对此,南京鼓楼医院消化内科主任医师张以洋进行解读。为什么要做胃镜检查?
2023-02-03 19:01
直播时间:2023年2月4日15:00-16:20
2023-02-03 16:49
在电影中频频出现的人体外骨骼,无论是建筑施工的工人,还是搬运装备的勤务人员,再或者执行战斗任务的军事人员,外骨骼似乎成了《流浪地球2》时代的通用装备。《流浪地球》中的外骨骼,有大量的现实装备的影子。
2023-02-03 16:20
日前,天津大学龚俊波团队与休斯敦大学等开展国际合作,成功发现一种新型结晶抑制剂。该抑制剂可有效抑制诱发尿酸盐结石形成的晶体生长,有望为肾结石患者带来福音。
2023-02-03 20:57
工作人员在位于西安高新区的铂力特金属增材制造智能工厂项目车间内操作3D打印设备。
2023-02-03 10:31
元宇宙这个词语,可以追溯到1992年的科幻小说《雪崩》,其中描述了一个比地球还要巨大的元宇宙世界——互联网技术和虚拟现实技术创造出来的虚拟世界。
2023-02-03 10:20
加载更多