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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • “小饭碗”装着“大民生”

  • 我国成功发射探源计划探路者卫星

独家策划

推荐阅读
绿色算力既是数字基础设施建设的重要方向,也是清洁能源优势转化为发展动能的现实路径。当前,人工智能技术加快迭代,算力在科技创新和产业升级中的基础作用日益凸显,持续增长的计算需求对电力保障能力和能源利用效率提出了更高要求。
2026-11-12 01:30
把两根绳子接起来量一量,总长就出来了,不必先把两段长度换算成数字再相加。模拟计算走的是这条路:不把问题拆成一条条指令,而是让物理规律直接给出结果。北京大学人工智能研究院孙仲团队牵头,联合意大利米兰理工大学、IBM苏黎世研究院和美国一家公司的研究人员,为正在升温的模拟计算研究提出“现代模拟计算”统一框架。相关论文于近日发表。
2026-11-12 01:30
眼下,重庆市彭水苗族土家族自治县的红薯正值采挖时节,一辆辆轻型卡车在通往种植基地的“产业路”上穿梭,将收获的鲜薯运送到县工业园的重庆乐薯农业有限公司,经过严格的品质检测、清洁和一系列加工程序后,便成了人们常见的红薯淀粉。
2026-11-12 02:05
11月10日,记者从山东省泰安市人民政府新闻办举行的发布会获悉,泰安将科学有序、免费开放部分泰山景区等场地,为国内外机器人企业、科研机构提供实景训练测试条件,同时统筹做好场景供需对接、数据算力支撑、落地服务保障等,推动泰安新型工业化强市建设。
2026-11-12 02:05
当前,全球新一轮科技革命和产业变革加速演进,以生成式人工智能为代表的通用目的技术正从生产端加速向消费端传导。餐饮住宿、文旅出行、养老照护、教育培训、家政美容等服务消费,直接关系到千家万户的日常生活品质。推动人工智能在服务领域深度应用,让前沿技术成果惠及更多消费者,已成为各国促进消费、提升服务业竞争力的共同关注点。
2026-11-12 02:15
全透明光伏发电玻璃可使玻璃幕墙建筑成为分布式光伏电站;新一代柔性太阳能电池阵,能为中国空间站提供电力保障。下一步,我们要高水平推进“中国碳谷”建设,形成创新合力,打通基础研究、技术攻关、产业孵化和品牌塑造全链条。
2026-11-11 09:27
国家卫生健康委、国家医保局、国家中医药局、国家疾控局共同制定印发《关于进一步做好创新药安全合理配备使用工作的通知》,满足群众多元化用药需求,提高疾病治疗效果,保障医疗质量安全。
2026-11-11 01:45
培育和发展新质生产力急需高质量创新人才。高校的独特之处,在于教育、科技、人才要素集聚,它处在科技第一生产力、人才第一资源、创新第一动力的结合点上,也承担着将三者统合起来的制度功能。
2026-11-11 01:45
与其说是AI解出了难题,不如说是人类在AI的协助下拓展了边界。这带来的不仅是解题速度的提升,更是一场深刻的科研范式之变。
2026-11-11 01:45
主动对接国家西部战略和甘肃现代产业体系建设
2026-11-11 01:45
“把技术真正用到生产线上,把产品的附加值提上去,为三峡库区的发展出一份力。”11月7日,重庆三峡医药高等专科学校青年教师黎春红,在重庆国际人才交流大会第四届重庆三峡人才节开幕式上的发言,道出了扎根库区青年人才的共同心声。
2026-11-11 01:45
2026文化科技产业发展论坛9日在湖南长沙开幕,在论坛现场,2026文化科技融合十大典型案例以及20个创新案例发布。
2026-11-10 01:40
访客随手拿起一张,掏出手机或用现场扫码器扫一扫二维码,技术亮点、应用场景、项目负责人信息等全部跃然眼前。厚重的专利卷宗、深奥的学术论文,就这样化作产业人士可以快速读懂的内容。
2026-11-10 01:40
镜头这边,是华东政法大学研支团的黄祖维、常秩豪、杨朗;镜头那头,是云南普洱景东华政附属三合麦地小学的小学生,和新疆喀什巴楚县第二中学的初高中生。500多个孩子,隔着屏幕看进博。这是华政研支团连续第五年开展“云端看进博”,3位讲师刚结束一年支教,曾站在这两处山乡讲台,如今是进博会的“小叶子”。
2026-11-10 02:00
事实上,这并不是镜片行业一次偶然的“乱”。这背后,是标准的缺失与监管模糊地带的长久存在。眼镜虽小,却关乎几亿人的明亮“视”界。近视防控镜片行业信任的“标尺”,不仅应尽快立起来,更要立得牢。
2026-11-10 01:40
那时,一封薄薄的书信从江苏昆山寄到钱七虎手中,寄信人叫李珍珍,一个还在读中学的女孩。她不是钱七虎的亲孙女,而是他在家乡昆山资助的第一个孩子。
2026-11-10 01:40
11月10日,第九届进博会将落下帷幕。25年前的11月10日,多哈的一声木槌宣告中国加入世界贸易组织。25年前,中国拥抱世界市场;25年后,世界共享中国市场。这个特殊的日子,标注出中国与世界关系的深刻变迁。
2026-11-10 02:00
美国国家航空航天局(NASA)近日确认,“尼尔·格雷尔斯·斯威夫特天文台”(以下简称“雨燕”)已于美国东部时间11月4日7时39分(北京时间4日20时39分),在印度尼西亚北苏门答腊地区上空再入地球大气层。NASA表示,10月20日,“雨燕”的轨道高度已下降至约275公里,无法再稳定维持科学观测所需的姿态,任务团队随后结束了其运行。
2026-11-09 10:11
携程研究院分析师方泽茜也用“花香自有蝶飞来”作出注解——入境“科技游”火热,正是中国制造与科技创新能力向外溢出,落到旅游消费的直接体现。在方泽茜看来,“科技游”为青少年搭建起连接知识与兴趣的桥梁,“社交打卡+文化沉浸”的科技场景,精准契合他们的偏好。
2026-11-09 10:11
大型邮轮被誉为造船工业“皇冠上的明珠”。继2023年11月“爱达·魔都号”华丽亮相,11月6日,第二艘国产大型邮轮“爱达·花城号”在上海交付,船型体量更大,配套设备更先进,船体也更加秀美。
2026-11-09 10:11
加载更多