物种灭绝原因可能多样化

文章作者:lili | 2016-12-13
字体大小:

地球上已经经历了5次大灭绝事件。而最著名的就是恐龙的灭绝,一般认为恐龙的灭绝和小行星碰撞有关。而最近科学家研究称,小行星并非我们面临的唯一威胁,昨天本站就报道了,气候变化导致多种物种消失。总之,死法有很多种。地球很脆,我们要好好爱护珍惜,同时我们也要努力进行科学发展,高科技让人类更安全。

恐龙灭绝也许是由小行星撞击导致的。恐龙灭绝也许是由小行星撞击导致的。

如果太阳系从星际云中穿过,会发生什么事情?如果太阳系从星际云中穿过,会发生什么事情?

  据国外媒体报道,我们如今能存活下来纯属侥幸。进化过程很可能会出现另一种结果,稍有不慎就不会是当今的局面。从冰河时代到小行星撞击,地球上的生命总面临着各种各样的事故、诡异的状况和巨大的灾难。还好它们知道如何应对这些偶发事件,我们如今才得以繁衍生息。

  若是如此,我们就需要从整体上理解生命的进化历程。微生物是由它们的生活环境所塑造的,这些环境则是由火山和冰层等强大的地质力量、以及不断改变的气候所塑造的。但我们应当把眼界再拓宽一些。这些巨大的力量是否受到了宇宙中更强力量的影响呢?太阳系中、甚至银河系中的天文学现象是否都起到了一定作用呢?我们如今得以幸存,是否也和夜空中的繁星有关呢?

  在天文学事件对进化的影响中,最著名的假说便是,一颗陨石在6600万年前击中了地球,导致了恐龙灭绝。该假说由物理学家路易斯·阿尔瓦雷兹(Luis Alvarez)与身为地理学家的儿子沃尔特、以及同事们于1980年共同提出。

  研究人员发现,在世界各地与恐龙灭绝同时期的沉积岩中,都含有大量稀有元素铱。该研究团队指出,这些铱或许是由陨石带到地球上的,因为铱在小行星中的含量比地球上大得多。这样的撞击究竟是如何导致所有恐龙悉数灭绝的,科学家对此还在争论不休,但可能的原因有很多。

若这颗伴星真的存在,可能会对奥尔特云造成干扰。若这颗伴星真的存在,可能会对奥尔特云造成干扰。

地球无时无刻不在接受宇宙射线的撞击。地球无时无刻不在接受宇宙射线的撞击。

  撞击时释放的能量可以在全球范围内引发火灾。研究人员估计,要想向地球上输送这么多的铱,陨石的直径需达到10公里。如此巨大的陨石释放的能量多达氢弹的数百万倍。此外,由爆炸喷射到空气中的灰尘和碎石还会遮挡阳光,导致地表气温在接下来数年中持续下降。

  1991年,科学家在墨西哥发现了一处直径达160公里的撞击坑,地质年龄也刚好与恐龙灭绝时期温和。这为陨石撞击假说提供了支持。我们还不清楚陨石撞击对恐龙的灭绝究竟起到了怎样的作用。有证据显示,恐龙当时已经开始走向没落了。但我们有理由相信,这样巨大的灾难足以在进化史上留下浓墨重彩的一笔。这一发现也让人们对陨石撞击感到更加忧虑。

  不过,陨石撞击并不是恐龙灭绝的唯一解释。Tokuhiro Nimura是日本空间保护协会的一名研究人员。Nimura和同事们于今年3月提出,当时之所以会气温下降、铱含量升高,是因为太阳系从一片分子云中穿行而过。分子云是太空中一种由气体和尘埃构成的云团,是孕育恒星的场所。这些尘埃在地球大气中不断累积,结果遮挡了阳光,导致气温下降。

  这一构想可以回溯到1975年。英国天文学家威廉·麦克雷(William McCrea)曾提出,若地球从“尘埃带”中穿过,便会导致冰河时代的到来。但天文学家米切尔·伯格尔曼(Mitchell Begelman)和马丁·里斯(Martin Rees)当时指出,这些尘埃其实会影响由太阳发出的粒子的行动轨迹,从而使地球暴露在大量辐射之下,在引发气候变化的同时,还会导致物种灭绝。

  Nimura如今重提了麦克雷的观点,认为墨西哥发现的撞击坑不足以导致白垩纪末期的物种大灭绝。不过到目前为止,该观点大部分仍只是猜测而已。“在我看来,这个想法很有意思,听上去也可行,但还缺乏进一步研究,也没有明显的证据支持。”加拿大雷琴纳大学的天文学家马丁·比奇(Martin Beech)表示。

  6600万年之前的这次灭绝是已知的几次“物种大灭绝”之一,全世界的物种似乎都在突然之间灭绝了。规模最大的一次灭绝事件发生在2.52亿年前的二叠纪时期,当时地球上超过96%的物种不幸灭绝。如今地球上的所有生命都是从剩下的4%演变而来的。因此,如果这次物种大灭绝没有发生的话,进化史的走向将会全然不同。而在其它物种灭绝之后,幸存的物种便得以迅速扩张,多样性也大大增加。

  至于这些物种大灭绝事件的原因,古生物学家一直争论不休。也许生态系统天生就是这么运作的。由于所有生命都相互依存,因此只要一个种群中发生了一点小小的变化,有时便会引发多米诺效应,使整个生态系统翻天覆地。但大规模物种灭绝更可能由生物界之外的原因所引发。

  三叠纪晚期的物种大灭绝就是如此。地球上一半的物种都在此次事件中灭绝。而这次灭绝事件也许是由愈发频繁的火山活动所导致的气候变化引发的,但陨石撞击或许也是原因之一。这样灾难性的陨石撞击也许并不是运气不好导致的,相反,这可能是宇宙的系统性安排。

图为来自深空的宇宙射线击中地球。图为来自深空的宇宙射线击中地球。

图为伽马射线暴击中地球。图为伽马射线暴击中地球。

  一个著名假说提出,太阳有一颗黯淡的伴星,由于距太阳过远,从未直接被我们观测到。这颗恒星被称为“涅墨西斯”(Nemesis,神话中的复仇女神),又称“死星”。它可能会阶段性地把太阳系边缘的冰岩吸引过来,撞向地球附近的区域。

  这一假说由两支天文学家团队于1984年提出,分别由丹尼尔·惠特迈尔(Daniel Whitmire)与阿尔伯特·杰克逊(Albert Jackson)和马克·戴维斯(Marc Davis)、理查德·穆勒(Richard Muller)和皮埃特·哈特(Piet Hut)组成。他们都受到了1984年初的一项发现的启发:大规模物种灭绝的发生是有规律的,在过去的5亿年间,大约每2600万年发生一次。

  科学家认为,涅墨西斯在距太阳约1.5光年的轨道上运行,它的引力会对奥尔特云造成干扰。奥尔特云位于冥王星轨道之外,分布在距太阳0.8光年到3光年之间,由各种冰状天体构成,在太阳的引力作用下,松散地聚集在一起。奥尔特云是“长周期彗星”的发源地,这些彗星每隔几百年、或者更长时间,便会返回太阳系内部一次。

  涅墨西斯可能是一颗体积较小的恒星,也许是一颗红矮星或褐矮星,比木星这样的巨行星大不了多少。因此它从未被我们发现过。即使用最强大的望远镜,也难以在这么远的距离上观测到它。但涅墨西斯理论还不止存在这一点问题。在2010年发表的一项研究中,堪萨斯大学的天体物理学家艾德里安·米劳特(Adrian Melott)以及华盛顿史密森尼学会的理查德·班巴奇(Richard Bambach)利用最新数据,重新分析了化石记录。他们证实了大规模物种灭绝每隔2700万年便会发生一次。但他们指出,这一规律“太过规律”,与涅墨西斯理论并不契合,因为像涅墨西斯这么遥远的矮恒星肯定会受到附近的其它恒星干扰,所以彗星的光临不可能这么有规律性。

  也许导致大规模物种灭绝的罪魁祸首并不是太阳的伴星,而是另一颗行星。1985年,惠特迈尔和同事约翰·马蒂斯(John Matese)提出,在海王星之外,也许还有一颗相对较小的岩质行星在太阳系中旋转,质量约为地球的五倍。这颗行星会将彗星吸引过来,只不过这些彗星并非来自奥尔特云,而是来自附近的柯伊伯带。柯伊伯带是位于太阳系边缘的另一条冰岩带,冥王星和卫星卡戎都是其中的一员。这颗假想中的行星被惠特迈尔和马蒂斯称作“X行星”(Planet X)。

  虽然这颗行星就坐落在太阳系中,而且比地球还大,但我们完全有可能观测不到它。在新视野号探测器去年抵达冥王星和卡戎之前,这两个天体在我们眼中一直是两个模模糊糊的影子。直到现在,我们才逐渐识别出了柯伊伯带中一些其它的大型天体。如果行星X表面黯淡、反射率低的话,就很可能躲过我们的搜查。

  此外,天文学家在今年一月份提出,太阳系中也许还有第九大行星,轨道同样位于海王星之外,而质量约为地球的10倍。此前人们在观察柯伊伯带中的可见天体时发现,它们似乎受到了一股看不见的力的影响。上述假说便是受了这一观测结果的启发。

  若该行星真的存在,它的作用也许不同于X行星。而这也说明我们并不清楚太阳系的边缘究竟是怎样一番情形。惠特迈尔目前就职于阿尔堪萨斯大学,他对X行星假说做了进一步研究。2015年,他通过研究说明,这一假设符合米劳特和班巴奇观察到的、2700万年的物种灭绝周期。并且他还提出,另一颗类似的天体“Y行星”可以为化石记录中的另一项规律提供解释。

  这一规律是理查德·穆勒和罗伯特·罗德(Robert Rohde)于2005年提出的。他们发现,海洋生物的多样性每隔6200万年便会出现一次波动,这也许是由物种灭绝速率的变化、或新物种诞生速率的变化所引起的。米劳特称,由“看不见”的行星引发的周期性彗星撞击看似能解释这些规律,但这些规律也可能是由其它更为遥远的宇宙事件引发的。2007年,米劳特和同事米哈伊尔·梅德韦杰夫(Mikhail Medvedev)提出,这个6200万年的变化规律或许与太阳系穿越银河系时的一个特殊现象有关。

  银河系的形状类似一个圆盘。它在旋转时,太阳便会在银河系平面上上下起伏,穿过太阳系、到达地球的宇宙射线数量也就会随之变化。宇宙射线由高能亚原子粒子构成,如质子和电子等。科学家认为,它们是在高能量的天文事件中产生的,有些可能来自于超新星爆发,有些则发源于其它星系中央的黑洞。它们会对地球的环境造成多种影响,因此也会干扰生物的进化。宇宙射线是有害的。它们与空气中的分子相撞时,会释放出大量能够导致DNA变异的粒子。这通常对生物无益。但轻微的变异却能为自然选择提供更多变数,使生命变得更加多样化。

  宇宙射线还能改变大气层的化学组成。它们可能会产生带电粒子,影响云的形成,从而改变地球气候。它们还可能破坏臭氧层,使地球暴露在有害的紫外线照射之下。由于许多宇宙射线来自于银河系中的超新星爆发,随着太阳系在银河系中上下起伏,地球照射到的宇宙射线数量便会不断改变,地球上的生命也会受到影响。但奇怪的是,这些效应只在海洋生物化石上有所体现。你可能会认为,海洋生物应当比陆地生物受到了更多的保护才对。

  甚至连米劳特现在也认为这一假说无法解释6200万年的循环规律。他在2011年提出,这一现象也许是由地球本身的地质构造引发的,或许与板块活动变化有关。米劳特和同事指出,海洋沉积岩的成分变化也体现出了这一规律。这或许与板块运动导致的山脉堆积和侵蚀的速率有关。此外,致命的宇宙射线也可以解释化石的变化。虽然我们一直处于低水平的宇宙辐射照射下,但如果超新星距地球过近的话,一次爆发所释放的粒子便会产生致命性的后果。

  超新星爆发随时可能发生,一瞬间的亮度会使整个星系黯然失色。每年我们都会在其它星系中观测到超新星爆发,但在银河系中,已知最近的一次发生在约140年前。1572年,银河系中也发生了一次超新星爆发,并且亮度十分惊人,仅靠肉眼便可观测到。天文学家第谷·布拉赫(Tycho Brahe)亲眼目睹了这一事件。

  “第谷超新星”距太阳系足有7500光年之遥,不会构成任何威胁。但如果这样的爆炸发生在太阳系附近,事情就麻烦了。地球不仅会遭受大量高能粒子的攻击,还会受到致命的X射线和伽马射线的照射。

  那么,这样的事情可曾发生过呢?据估计,要对地球造成这样的灾难性打击,超新星需处在方圆30光年的范围内。但这一区间内的恒星数量很少。不过,2002年的一项研究指出,在过去的1100年间,有20次超新星爆发发生在距地球420光年的范围之内,有些距我们只有130光年。这些事件可能会在化石记录上留下痕迹。沉积岩中肯定是有迹可循的。超新星爆发会将恒星的外层物质抛入宇宙中,包括一些地球上十分稀有的原子。

  铁60便是这样的原子之一。地球上不存在自然形成的铁60。1999年,物理学家在深海的一处已有500万年历史的地质构造中发现了大量铁60。月球“土壤”中同样富含铁60,它们似乎来自320光年之外的两次超新星爆发,一次发生在700万年前,另一次则发生在200万年前。而在地球化石记录中留下了痕迹的似乎是其中的第二次。

  在今年八月发表的一项研究中,慕尼黑理工大学的天体物理学家肖恩·毕肖普(Shawn Bishop)和同事们报告称,他们在氧化铁化石中发现了铁60。这些氧化铁晶体最初是由细菌制造出来的,它们会利用磁性氧化铁,使自身排列方向与地球磁场保持一致。铁60出现在这些海洋沉积物化石中的时间约为260万至280万年前。

  地球上的生命也可能受到了超新星爆发的影响。由于这些X射线与伽马射线来自极其遥远的地方,本身并不会造成直接威胁。“它们无法穿透地球大气层,因此无法直接导致生物绝育、或大规模物种灭绝。”但毕肖普指出,这些射线可能会破坏地球臭氧层,从而造成间接威胁。“臭氧层被削弱之后,太阳产生的紫外线便会照射到地球表面,导致生命受到伤害。”

  天文学家纳西索·贝尼特兹(Narciso Benítez)和同事的计算结果显示,即使相隔这么远的距离,超新星爆发也足以将地球上的臭氧层破坏殆尽。此外,米劳特和同事在今年七月发表的一项研究中估计,超新星爆发产生的宇宙射线大大增加了抵达地表的高能中子与渺子数量,使地面生物接收的总体辐射剂量多达原来的三倍。研究人员称,这会诱发基因变异,引起癌症,还会导致气候变化。

  260万年前,在上新世与更新世的过渡时期,似乎的确发生了一次小规模物种灭绝事件。但我们不能肯定它是否与超新星爆发有关。毕肖普表示,的确没有直接证据表明超新星爆发对地球的进化史造成了偶然的影响。“隔了数百万年之后,要证明这一点简直难如登天。”例如,由于时间原因,我们无从收集并分析化石中的DNA,更不用提将超新星爆发前后的DNA进行对比了。

  不过,宇宙中还有另一种爆发现象,比超新星爆发还要剧烈得多。宇宙中时而发生伽马射线暴现象:当质量巨大的恒星发生剧烈爆炸时,会释放出大量伽马射线,时长从零点几秒到数小时不等。伽马射线暴是宇宙中已知的、能量最巨大的事件之一。

  幸运的是,我们目前仅在非常遥远的星系中见到过伽马射线暴。但万一这样的事件发生在我们附近,超新星爆发相比之下简直就像放爆竹一样。更糟糕的是,“我们可能根本无法预知这样的事件,顶多提前几个小时。”米劳特指出。

  还好,米劳特表示,伽马射线暴只有在足够近的地方才会对我们产生影响,也就是在地球方圆1万光年的范围之内,并且每隔1.7亿年才会发生一次。这确实罕见,但地球诞生至今已过去了很长很长时间,足够经历许多次这样的事件了。米劳特确实在2004年提出过,4.4亿年前发生在奥陶纪末期的大规模物种灭绝也许正与伽马射线暴有关。

  与前文类似,X射线和伽马射线会严重破坏地球的臭氧层,还会使大气中形成厚厚的、雾状的一氧化氮,从而使地表温度下降。米劳特指出,奥陶纪末期物种大灭绝正好符合这一情况。例如,浅水海洋生物由于比深水生物受到的紫外线辐射更多,受到的影响也更大。此外,该时期的地球温度的确大幅下降。

  这样的情形会再度上演吗?地球上的生命还有20亿年可活,在此之后,太阳便会逐步膨胀,导致地球不再宜居。马丁·比奇在2011年的一项分析中估计,到时地球附近可能会发生20次超新星爆发和一次伽马射线暴。不过我们还不需要为此担心。

  此外,米劳特认为我们可以通过测量附近恒星的年龄,对超新星爆发做好预测。在接下来几百年间可能爆发的恒星中,距我们最近的是猎户座参宿四。但它距我们仍然太过遥远,不会构成任何威胁。比奇表示,我们甚至可以“操控”这些恒星,避免灾难性的超新星爆发。“如果某个文明得知附近将发生超新星爆发事件,存活方法之一便是开展超级天文工程项目。”例如,他们可以使恒星损失一部分质量来避免爆炸,或是向恒星中加入某种特殊物质来推迟爆炸。“这样的工程实际该如何操作,我还不清楚,”比奇说道,“但其中的物理原理是很好理解的。”

  比奇指出,我们可以通过即将变成超新星的恒星寻找先进的外星生命。如果某颗恒星忽然表现得古怪起来,就说明它可能受到了刻意操纵。宇宙对地球的威胁还不仅如此。哈佛大学物理学家丽莎·蓝道尔(Lisa Randall)在2015年出版的《暗物质与恐龙》(Dark Matter and the Dinosaurs)一书中指出,暗物质或许是杀死恐龙的罪魁祸首。暗物质不会与光发生反应,因此我们无法直接观察到它。但它有质量,因此能够通过引力对普通物质产生影响。

  我们还不清楚暗物质究竟为何物。从未有人探测到一个暗物质粒子。但大多数物理学家和天文学家都对它的存在深信不疑。若没有暗物质,星系就不可能在旋转得这么快的情况下还不分崩离析。据估计,宇宙中暗物质的总重量约为普通物质的五倍。科学家认为,它大致呈球状围绕在每个星系周围。蓝道尔指出,有些暗物质与其它暗物质不同。除了引力之外,它们还会受到电磁力的影响,而电磁力恰恰是使普通物质与光反应的力。这种奇异的暗物质会在星系平面上构成一个圆盘,当太阳系从中穿过时,奥尔特云彗星的运动轨迹便会受到影响,结果导致了6600万年前那起陨石撞击事件。

  纽约大学生物学家迈克尔·拉皮诺(Michael Rampino)进一步延伸了这一理论。他在2015年的一项研究中提出,一些暗物质粒子也许被地球捕获、并在地核中被摧毁,释放出的能量会引发火山活动,从而产生了米劳特发现的灭绝规律。

  也许事实如此。但一些科学家认为,这一观点全凭猜测,若不是由蓝道尔这样的知名科学家提出,根本不可能广受关注。“只有提出新的物理法则,这个理论才能说得通。”米劳特指出。“在我看来,这个说法人为捏造的成分居多。”比奇也赞同米劳特的观点。但比奇还补充道,虽然我们还无法证明银河系中存在由暗物质构成的圆环,“但我们本来就对暗物质的分布和构成知之甚少,因此这种假说当然有可能成立。”讲到这里,还是要用那句老话来概括:“很有意思,但全凭猜测。”这些说法究竟值不值得相信呢?

  本文探讨的所有假说均未得到证实,许多都是猜测的结果。但退一步说,地球上的生命绝对与宇宙息息相关。难点在于,在一些特定事件中,我们不知道宇宙中发生的现象究竟起到了多大作用。这些影响只有在大时间尺度上才有意义,我们目前无需担心生物圈会遭受这样的威胁。在可预见的未来中,地球不会遭受灾难性的陨石撞击。不过保持警惕无疑是明智之举。但要说人类文明并未面临任何太空威胁,则言之过早。

  米劳特指出,我们最应该担心的是太阳耀斑。耀斑爆发时,会向地球抛射大量高能粒子和辐射,引发的电磁脉冲会严重干扰通讯系统。1859年就发生过一次这样的时间,导致早期电报网络受到了很大破坏,一些操作员不幸触电,线路还冒出了火花、发生了火灾。这些都是灾难性的结果。2012年,一次超级太阳风暴与我们擦肩而过,我们侥幸逃过一劫。但在1989年的同类事件中,加拿大电网受到了严重影响。

  假如这样的事情导致人类文明瘫痪,或许会在进化史上留下一笔。因为说来讽刺,这或许能阻止最近一次大规模物种灭绝。此事如今正在发生,完全是人类自己种下的恶果。这对于地球上的生命而言反倒是好事,而非沉重的负担。我们也将因此看清,自己在宇宙面前是多么微不足道。

Copyright © 2009-2016 外星探索www.ufo-1.cn 版权所有 关于我们| 法律声明| 免责声明| 隐私条款| 广告服务| 在线投稿| 联系我们| 不良信息举报