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

  • “核心价值观百场讲坛”走进江苏南京

  • 舰耀香江:人民海军舰艇赴港影像志

独家策划

推荐阅读
在6月27日举行的首届西部商业航天大会现场,陕西西安高新区管委会主任陈辉端着一台银灰色的火箭发动机模型走向发布台。“我们要实现星箭总体环节的突破,大力引进培育卫星总体、火箭总体企业,支持卫星智能制造工厂和商业火箭总装线建设。
2026-06-30 10:01
近日,“共和国勋章”获得者、我国著名水稻专家袁隆平相关话题上了热搜。袁隆平带领我国科研工作者,通过雄性不育遗传工具,攻克了利用杂种优势的世界性难题,创建了系统化、原创性的杂交水稻育种体系,开辟出利用水稻杂种优势的新道路,有力保障了国家粮食安全。
2026-06-30 10:01
国家能源局29日发布数据显示,今年1至5月,全国累计完成电力市场交易电量30573亿千瓦时,同比增长24.8%。1至5月,从交易范围看,省内交易电量24361亿千瓦时,同比增长28.5%;跨省跨区交易电量6212亿千瓦时,同比增长12.2%。
2026-06-30 10:01
教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。在资源配置方面,需要强化规划衔接、政策协同,推动教育、科技、产业等多部门资源在人才培养这一共同目标下统筹配置。
2026-06-30 10:00
今年入夏以来,雷电、暴雨、大风等强对流天气轮番登场,其瞬间释放的破坏力令人心生畏惧。若身处人流密集区域,同行人不牵手,应立即进入安装有防雷装置的建筑物、金属车身的汽车等安全区域。
2026-06-30 10:00
美国核能初创企业Antares宣布,其在爱达荷国家实验室安装的小型模块化核反应堆“Mark-0”首次测试达到临界状态,成为特朗普政府发布加速核电发展行政命令以来,第一个突破这一门槛的新型反应堆设计。
2026-06-29 09:43
目前,油田油水井、站库的数字化覆盖率已分别超过97%和93%,物联网将油气生产的每一个末梢都纳入了智慧之网。
2026-06-29 09:41
中国共产党党员、中国工程院院士、著名金属材料专家、华中科技大学教授崔崑同志,因病医治无效,于2026年6月26日在武汉逝世,享年101岁。
2026-06-29 09:40
科学家成功把一束在纳米尺度下被高度囚禁的光,变成了一把能感知原子级形变的超级“尺子”,对材料内部埋藏的微小变形实现了无损探测。
2026-06-29 09:40
27日,国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”最大的超导部件——环向场磁体在安徽省合肥市完成最后制备工艺,并通过专家验收。
2026-06-29 09:37
当地时间24日,世界气象组织在日内瓦为中国工程院院士、中国气象局卫星气象专家许健民颁发第七十届国际气象组织奖,表彰他为天气预报、卫星气象事业以及气象业务服务作出的卓越贡献。
2026-06-26 09:28
来自英国伦敦国王学院与加拿大麦克马斯特大学衍生公司Block Biosciences等机构的科学家,正在研制一类靶向IMPDH2酶的候选药物。团队已设计并合成了数百种靶向IMPDH2的候选药物,正从中层层筛选最优化合物,力争尽快推向临床开发。
2026-06-26 09:26
6月25日,以“弘扬伟大抗疫精神 走好疾控新长征路”为主题的2026年“我和我的疾控故事”宣讲会在中国疾病预防控制中心举办。中国疾病预防控制中心性病艾滋病预防控制中心综合防治与政策室主任单多的故事,要从一双生了冻疮的手讲起。
2026-06-26 09:23
届链博会期间,贸促智库交流活动暨全球供应链报告与指数发布会在京举办。2018—2025年,促进指数、连接指数、创新指数、韧性指数均呈上行态势,表明全球供应链继续朝着更具韧性、更有效率、更富活力的方向发展。
2026-06-26 09:20
需要看到,保护耕地是推进乡村全面振兴、建设宜居宜业和美乡村的重要组成部分,广大农民是保护耕地的重要行动主体。
2026-06-26 09:19
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
加载更多