生物大灭绝是一个缓慢的过程

英国自然历史博物馆研究员迈克·戴（Mike Day）在南非金山大学（University of the Witwatersrand）获得了古生物学博士学位，之后还曾经花费数年时间在南非研究二叠纪脊椎动物生态系统的演化问题。关于发生在距今大约2.5亿年前的“二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件”（Permian–Triassic extinction event），他在伦敦接受了本刊的专访。“生命大灭绝是一系列的事件”

三联生活周刊：人类是从什么时候开始认识到，地球生物在历史上曾经经历过数次大灭绝事件？

戴：在19世纪初期，当时的古生物学家们就已经意识到了地球生命曾经经历过3次大崩溃。当时他们把这称为第一、第二和第三次生命崩溃。我们现在把这三次大崩溃发生的时间分别称为古生代（Paleozoic）、中生代（Mesozoic）和新生代（Cenozoic）。这也是对各种生物非常宽泛的归类。比如说中生代对应的基本上就是恐龙时代，而人们对此的分类也主要是基于海洋动物而非陆地动物。而“二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件”，大约就发生在古生代和中生代之间。在19世纪，古生物学家们就已经意识到了这是地球生命的几个重要关口。

三联生活周刊：这对于当时的古生物学家来说是在预期之内，还是一个意料之外的发现？

戴：对于欧洲的古生物学家来说，他们对于地球生命历史的理解最初很可能是基于《圣经》的讲述。到了20世纪初期，地质学家开始检验各种岩石样本，并且开始用科学仪器检测化石，人们才开始意识到生命的大转变是在数十万年的时间尺度上逐渐发生，而不是在忽然之间发生的——在这之前人们认为地球生命发生转变是因为上帝开启了大洪水，毁掉了之前的一切，只在一艘船上保留了一点点生命。

在19世纪初，法国古生物学家乔治·居维叶（Georges Cuvier）与他的同事通过分析古生物化石证据，提出在地球历史上曾经发生过大的灾难，造成了生命的大灭绝，而后新的生命出现。人类从此开始逐渐意识到，地球生命曾经经历过数次大的转变，而不总是发生延续的、逐渐的转变。

三联生活周刊：二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件大约持续了多长时间？

戴：关于这个问题还没有明确的答案，学术界还没有达成共识。我个人的研究领域是陆地动物，主要是关于脊椎动物。对于当时的脊椎动物来说，大灭绝事件持续了很长一段时间。这并不是一个像是遭受小行星撞击一样迅速且会立即造成严重后果的事件。

在二叠纪的末尾，地球环境发生的变化给动物造成的压力越来越大。当这种压力达到一定程度，就造成了生物大灭绝。这个趋势可能持续了数十万年，最后整个生态系统崩溃，终于到达了生物大灭绝的顶点。关于这方面的资料主要来自南非，那里保留了这个时期很多脊椎动物的化石资料，而且看起来在其他区域发生的事情也很相似。

至于在海洋生物方面发生大灭绝的过程，我并不是十分清楚，其中很多资料来自中国南部。这个事件与海洋环境的变化也紧密相关。当海洋环境发生变化时，生物也会随之发生变化。当然海洋生物发生变化并不一定意味着灭绝。

三联生活周刊：在地球历史上曾经发生过5次生命大灭绝事件，为什么二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件造成的灭绝程度最大？

戴：这个结论来源于大约40～50年前的研究，是根据一系列资料得出的结果。之后我们一直在继续收集资料，对于地球历史有了更加清晰、详细的理解。根据在中国南部发现的一些化石证据，可能发生过至少6次生命大灭绝事件。

至于为什么二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件造成的影响最大，很可能是因为当时很多因素都非常巧合地发生在大约同一时间。比如说在西伯利亚地区有大量的火山爆发，这种极端的火山活动使得很多岩浆直接穿透岩石到达地面，而这又造成了土壤中大量的温室气体被释放到大气中。这就造成了环境的剧烈变化。海水酸化造成缺氧，使大量海洋动物无法生存。还有一种理论认为在海床中蕴藏了大量的甲烷，这些甲烷之前在巨大的压力之下是以固态晶体结构被存储在海底的。随着海水变暖，这些固态甲烷变成了气体被大量释放了出来，导致了剧烈的温室效应。

三联生活周刊：在那个时期有没有发生剧烈的陨石撞击？

戴：目前还没有关于那个时期地球遭受陨石撞击的证据。有些研究表明在当时可能遭受过撞击，但是发生撞击的陨石都不算太大，只能算是较为次要的因素。

三联生活周刊：二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件是从海洋开始的。海水温度的上升导致了海洋生物的大量灭绝。那么这又是怎么影响到泛大陆上的陆地生物呢？尤其是怎样造成了昆虫的大量死亡？[注：在当时地球的大陆是一个整体，被称为“泛大陆”（Pangaea），或是“盘古大陆”。]

戴：关于这个问题我们只能从岩石中寻找答案。有理论认为因为酸雨，以及剧烈的火山活动喷出的火山灰等原因，造成了空气中氧气含量的变化，导致很多植物都消失了。对于陆地动物来说，研究它们灭绝的原因更加困难。当时泛大陆内部的很大一片区域都非常干燥，气候变化会使这些区域更加干燥，因而造成植物灭绝。这可能也是二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件最严重的原因之一。这些区域没法得到来自海洋的水蒸气。

对于那些生活在大陆和海洋交界处的动物来说，因为气候变化的原因，很多动物失去了大部分的栖息地。它们无处可去，最终只能灭绝。当然，关于陆地植物灭绝的具体细节，目前还有很多争论。而昆虫大多依赖植物生存，气候变化造成某种植物的灭绝也就造成了依赖其生存的昆虫的灭绝。总体来说，生态系统的各个环节之间是相互联系的。如果忽然把其中一个关键环节取走，那么必然会造成很多生物的灭绝。

三联生活周刊：如果观察在二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件发生之前和之后生命留下的痕迹，我们能够从中发现生命最大的变化是什么？

戴：对于在陆地上生活的脊椎动物来说，一开始，动物多样性大大降低了。很多种类的动物，比如说很多爬行动物都灭绝了，而此前一些稀少的爬行动物在进入到三叠纪之后开始越来越多，一些哺乳动物的祖先也开始繁衍。可以说，（经历了二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件之后）与哺乳动物相关的脊椎动物，以及一些爬行动物开始变得越来越多。在经过了大约5000万年之后，爬行动物成了地球上动物世界的主宰。

三联生活周刊：是否可以说，如果不发生生物大灭绝事件，这些变化都不会发生？

戴：关于这个生物灭绝研究领域的大问题，我们不可能知道确切的答案。但可以说，如果忽然大大降低生物多样性，也就相当于在整个生态系统中创造了一个很大的空间。如果一种动物习惯于以一种特定的方式生活，吃某一类特殊的植物，它们可能会长久存在，其他动物很难和它们竞争，因为它们对于某种环境已经发展出了特殊的技能。但是如果它们忽然灭绝了，其他动物就有可能占据它们原来的位置。我们分析古生物的化石，也会得出这样的结论：在一次生物大灭绝事件之后，其他动物的生存机会也就变多了——这种变化如果没有大灭绝事件可能不会发生。

但在另一方面，灭绝事件是一直都在发生的。从长远来看，不同物种之间同样会发生变化来填补生态系统中出现的空缺，两者（是否发生生物大灭绝）的结果有可能是相同的，但问题是你没法去验证这个想法。我们只能通过化石证据去进行观察。

三联生活周刊：近年来关于二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件的研究，最大的突破是什么？

戴：关于陆地生物的灭绝是否和海洋生物的灭绝发生在大约同一时间，此前一直存在争论。后来科学家们发现，这两个事件之间存在着时间差，两者并不是一回事。整个生命大灭绝不是在突然之间发生的，而是有一系列的事件。大灭绝事件在二叠纪晚期就已经发生了，之后一直持续到进入三叠纪。

“从化石证据来看，生物大灭绝具有周期性”

三联生活周刊：在古生物学研究中，除了化石证据之外，还有其他哪些重要的研究对象？

戴：化石所保存的是生命的痕迹。除了化石之外，保存化石的沉积岩能够告诉我们生物的生存环境，这对于理解当时的生物来说也是非常重要的一部分。比如说，当时的古生物是否生活在海底的珊瑚礁附近，是生活在沙漠里还是热带沼泽中……研究化石所在的特定岩石层也能够帮助你了解生物是如何被埋葬在那里的。比如说（动物的尸体）是顺着水流缓慢地被埋葬，还是死于洪水。如果发现脊椎动物的骨骼分散且混乱地埋在一起，这就告诉你动物在死亡之后发生了腐败，因此它的骨头之间没有软组织进行联结。相反的，如果我们发现一具完整地联结在一起的骨骼，说明这个动物可能刚刚死亡就被埋起来了。

研究岩石的化学成分同样也很重要。在确定了岩石的年代之后，它的化学成分可以提供当时气候、降雨量以及天气现象的信息。这些都是可以影响生态环境的因素。比如说，一些因素可能是由于火山爆发引起的，也有可能是由小行星撞击引起（铱元素的大量存在就曾经被认为是小行星撞击造成非鸟类恐龙灭绝的主要证据）。研究动物化石的化学成分同样可以帮助我们理解动物的生理。

三联生活周刊：古生物化石的形成年代远远超出了碳-14法的测试范围，那么如何鉴定这些古生物化石的年龄？（注：科学家通常使用碳-14检测生物样本的年代。碳-14的半衰期大约为5730年，使用碳-14法测定年代的范围大约在6万年以内。）

戴：对于年代久远的化石来说，我们采用类似于碳-14法的方法，但是测量不同的元素。最常见的是使用铀元素测量。铀-238的半衰期是45亿年，远远长于碳-14。所以说铀-238即使在地球最古老的岩石样本中也仍然没有耗尽。在岩石逐渐从熔岩状态结晶时，各种元素都被固定在矿物之中。因此通过测量岩石中的铀元素以及其衰变的最终产品——铅元素的比例，我们就可以知道岩石晶体是在什么时候形成的了。

科学家通常利用锆石晶体（zircon crystals）来测定年代，因为它们非常坚硬，而且其中含有一定的铀元素。在测定动物化石的年代时，我们通常观察它在由火山灰形成的火山岩中处于哪一层。比如说在一层已经测定年代的火山岩下面存在着动物化石，那么就说明这些化石的年代要比上面的火山岩更久远，反之则说明更年轻。

在实际操作中会更复杂一些。比如说锆石晶体可能会失去一些铅元素，这样我们在测定它的形成年代时可能就会判断它的形成年代比实际年代更晚。而一些晶体自身可能会因为风化作用，从火成岩层进入到更年轻的沉积岩中。

直接测定化石的年龄是很少见的。大多数情况下我们都通过间接手段来测定。比如说，一具化石形成的时间与一些已经确定年龄的岩石形成的时代接近，我们就会认为化石也大约形成于那个时间。考虑到每个物种都在一段特定的时代存在，如果能够找到这一物种更多的化石证据，我们对于确定其形成的时间也就更有信心。

三联生活周刊：我们现在是不是也处在一次生命大灭绝事件之中？人类是不是其中最重要的因素？

戴：是的，我想很明显现在正在发生的物种灭绝并不只是因为气候变化，很有可能生物栖息地的消失才是最重要的原因。比如说热带雨林中的生物多样性极高，当人类对热带雨林进行砍伐，就非常容易造成物种灭绝，而且速度要比在草原上的物种灭绝速度快得多。

但是把现在正在发生的物种灭绝和之前的生物大灭绝事件相比又是很困难的。因为只有非常少的生物能够以化石的形式留存下来供我们研究。看起来，物种灭绝事件确实正在发生，而且速度完全没有减慢。在我们这个时代发生的物种灭绝速度非常快，至于这个事件会持续多长时间目前还不清楚。如果它能够持续到像之前的物种灭绝事件那么久的时间，那么这肯定是一次生物大灭绝事件。

三联生活周刊：生命现象已经在地球上存在了超过40亿年时间。看上去似乎有一种力量在推动着生命发展得越来越复杂。

戴：看上去确实是这样的，生命形式变得越来越复杂，但可能这并不是被某种力量所“推动”，而是依赖其他一些因素。自然选择就会让生命在一些随机的变化之中发展出复杂性。而当已经具备了一定的复杂度之后，就又有可能通过选择性过程发展到更高的复杂度。一个单细胞生物不可能直接发展到非常复杂的多细胞生物，一些复杂的器官也不是直接发展出来的。这都需要长时间的选择性过程，但是并不需要有外力推动。比如说眼睛，就是由一点点微小的变化逐渐发展出来的。

三联生活周刊：有很多人认为地球上的生物大灭绝事件是周期性的，对此你有什么看法？

戴：看上去物种大灭绝事件确实具有周期性，但其中的原因是什么呢？这种现象可能与一些周期性的地质现象有关。我们知道地壳不断地涌现出来，同时旧地壳又不断向地心陷落。总之根据我们发现的化石证据来说，生物大灭绝确实具有周期性。

三联生活周刊：在寒武纪生命大爆发之前，有没有发生生物大灭绝事件的迹象？

戴：在这之前，澳大利亚曾经存在过一种多细胞生物，它们可能因为一次长时间的冰川时代而灭绝了。这个现象可能可以通过“雪球地球假说”（Snowball Earth Hypothesis）来解释。“雪球地球假说”认为整个地球都曾经长时间被冰雪所覆盖，造成了很多早期生命的灭绝。因为新的地壳不断出现，越早的生命证据就越难以被发现——早期的化石大多都被破坏掉或是融化了。

三联生活周刊：作为一个古生物学家，你如何定义生命？

戴：作为一个脊椎动物古生物学家，我对生命的判断很简单，我会去寻找动物遗留下来的有机物痕迹。从一般的生命现象来说，可以说是一种具有繁殖能力的有机细胞。但是从更古老的生命形式来说，这可能就需要地质化学家来给出答案了，或者需要化学、生物学和哲学结合到一起才能够给出答案。