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全球變暖引起的大規模物種滅絕使海洋動物喘不過氣來

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-12-02瀏覽次數:1600

地球歷史上最大的滅絕標志著大約2.52億年前二疊紀時期的結束。早在恐龍,植物和動物居住在我們的星球上,大部分植物和動物在西伯利亞發生一系列大規模火山爆發后被摧毀。

古代海底巖石中的化石顯示出繁榮多樣的海洋生態系統,其次是大量的尸體。在“大死亡”期間,大約96%的海洋物種被摧毀,并且數百萬年來,生命必須再次繁殖和多樣化。

迄今為止所討論的是為什么海洋還活著 - 水中的酸度高,金屬和硫化物中毒,完全缺氧,或者只是更高的溫度。

華盛頓大學和斯坦福大學的新研究將海洋條件和動物代謝模型與公布的實驗室數據和古海洋學記錄相結合,表明海洋中的二疊紀大滅絕是由于全球變暖導致動物無法呼吸。隨著氣溫上升和海洋動物的新陳代謝加速,溫暖的海水無法維持足夠的氧氣來維持生存。

該研究發表在12月7日的“科學”雜志上。

“這是我們第一次機械地預測可能直接用化石記錄測試滅絕的原因,這使我們能夠預測未來滅絕的原因,”第一作者Justin Penn說。威斯康星大學海洋學博士。

研究人員在二疊紀期間運行了一個具有地球結構的氣候模型,當時土地群被組合在Pangea超大陸。在西伯利亞正在進行的火山爆發創造了一個溫室氣體行星之前,今天海洋的溫度和氧氣水平相似。研究人員隨后將模型中的溫室氣體增加到將表面熱帶海洋溫度提高10攝氏度(20華氏度)所需的水平,與當時的條件相匹配。

該模型再現了海洋中發生的巨大變化。海洋失去了大約80%的氧氣。大約一半的海底,大部分位于較深的海底,變得完全無氧。

為了分析對海洋物種的影響,研究人員使用公布的實驗室測量來考慮61種現代海洋物種的不同氧氣和溫度敏感性,包括甲殼類動物,魚類,貝類,珊瑚和鯊魚。預計現代動物對類似于二疊紀動物的高溫和缺氧具有抗性,因為它們在類似的環境條件下進化。然后研究人員將該物種的特征與古氣候模擬相結合,以預測滅絕的地理位置。

“很少有海洋生物留在他們居住的同一個棲息地 - 它要么逃脫要么死亡,”第二作者海洋學副教授柯蒂斯多伊奇說。

該模型顯示受影響最嚴重的是距離熱帶最遠的最敏感的生物。生活在熱帶地區的許多物種在該模型中也已滅絕,但它預測高緯度物種,特別是那些需氧量高的物種,幾乎完全被消滅。

為了測試這一預測,共同作者斯坦福大學的Jonathan Payne和Eric Perrin分析了古代海洋數據庫中晚二疊世化石的分布情況,該數據庫是已發表的化石收藏品的虛擬檔案。化石記錄顯示滅絕前物種的位置,這些物種被完全消除或僅限于原始棲息地的一小部分。

化石記錄證實遠離赤道的物種對事件的影響最大。

“這種殺滅機制的特征,氣候變暖和氧氣損失,是這種類型的地理,由模型預測,然后在化石中發現,”佩恩說。 “兩者之間的協議表明,這種氣候變暖和氧氣損失的機制是滅絕的主要原因。”

這項研究建立在以前由Deutsch領導的工作的基礎上,表明隨著海洋的變暖,海洋動物的新陳代謝加速,這意味著他們需要更多的氧氣和更少的溫水。早期的研究表明,溫暖的海洋如何驅使動物遠離熱帶地區。

這項新研究將不斷變化的海洋環境與各種動物在不同溫度下的代謝需求相結合。結果表明,缺氧最嚴重的影響是生活在極地附近的物種。

“由于熱帶生物的新陳代謝適應了相當溫暖,缺氧的環境,它們可以遠離熱帶地區并在其他地方找到相同的條件,”Deutsch說。 “但如果一個生物適應寒冷,富氧環境,那么這些條件就不再存在于淺海中。”

完全沒有氧氣的所謂“死區”大多低于物種存活的深度,在生存中起著次要的作用。 “在一天結束時,事實證明死區的大小似乎并不是滅絕的關鍵,”德國說。 “我們經常考慮缺氧和完全缺氧,這是一個通常不適合的條件。但是當你看到低氧耐受性時,大多數生物都可以被排除在海外的氧氣水平之外。“

由于氧氣不足,變暖引起的海洋多樣性損失不到一半。作者說,其他變化,如酸化或光合生物生產力的變化,可能是其他原因。

晚二疊世 - 大氣中溫室氣體的增加導致地球溫度上升 - 與今天類似。

“在相同的舊排放情景下,到2100年,上層海洋變暖將接近晚期二疊紀變暖的20%,到2300年將達到35%至50%之間,”佩恩說。 “這項研究強調了在人為氣候變化下由類似機制引起的大規模滅絕的可能性。”

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