环境

地壳形成触发“大氧化事件”

在长达40亿年的前寒武纪，有两件事特别重要：其一是太古代末陆壳的集中产生，其二就是24.5亿年前大气的氧化。大气中氧气的出现与光合释氧生物蓝藻的产生和火山喷发气体组份的改变密不可分。最近，研究者利用一个火山排气模型，发现大气氧化与此之前地壳的形成之间也存在密切联系。随着大陆的出现和火山越来越多地发生在地上而不是水下，岩浆挥发物在较低的压力下被排放出来，导致排出的气体被逐渐氧化。硫元素以硫化氢（H2S）形式转化为以二氧化硫（SO2）形式释放，这种转化随后有可能促成了海洋硫酸盐的还原以及地球大气层的最终氧化。（Nature 2011，478：229—232）

地球氧气大量形成于23亿年前

大气中的氧是动物赖以生存的重要物质，它们在地球大气中的出现，也是伴随着生命的进化而产生的。目前，学术界普遍认为地球大气中的氧来源于生命的光合作用，目前约占大气20%的氧气并不是在地球46亿年的历史长河中逐渐增加的，而是在距今约24亿年前到20亿年前之间急剧增加的，在那之前氧气几乎不存在。然而，最近日本东京大学的研究小组，通过调查加拿大安大略省距今约22亿年至24.5亿年前的海底地层，并测定其中锇元素的浓度。结果显示，约23亿年前的大规模冰河期地层和此后的温暖期地层交界处，锇的浓度急剧上升。这说明，由于冰河期后，地球变暖，冰块融化，地表的营养成分被带到海中，在海中进行光合作用的特殊细菌得以大量繁殖，从而使氧气爆发性增加。此外，研究小组还发现，光合作用导致氧气增加并非只有一次，约22亿年前另一个冰河期结束的时候，又出现了氧气的爆发性增加。（Nature 2011，478：194—195；Nature Communications，DoI:10.1038/ncomms1507）

全球变暖导致动植物个头变小

环境科学的一个重要前沿是弄清气候变化如何影响全球生态和生态系统服务。为了应对持续的气候变化，根据基本的生态和代谢法则，很多物种已经表现出了个体变小的现象。最近，研究者梳理了80多项科学研究，发现无论是餐桌上的鲤鱼、小龙虾、玉米、芥菜，还是为人们熟知的北极熊、松鼠、青蛙、果蝇等动物，它们的个头体型都有显著缩小。在苏格兰的某个岛上，以前绵羊在夏天都要靠多吃草来增加体重，这样才能度过难熬的冬天。然而由于全球变暖，过去的24年来，这种绵羊的体型平均缩小了5%。而憨厚敦实的北极熊的头骨尺寸在过去百年里缩小了2%-9%。一个普遍的趋势是，全球平均气温每上升1℃，植物体型可能缩小3%-17%，而动物体型缩小的比例可达6%-22%。从进化的角度来看，个头小的动物在各种资源波动增大的情况下，更容易获得足够的能量需求。但这种变小的趋势，将对人类赖以生存的农作物和像鱼类这样的重要蛋白质来源产生负面影响。此外，对于气候变化的不均衡还将破坏生态系统的平衡。随着植物体型的缩小，食物链上端的食草动物、食肉动物必须摄取比以往更多数量的食物，来满足自己的能量需求。（Nature Climate Change 2011，1：401—406）

更新世末大灭绝新解

大约在2万年前左右，末次冰期即将结束时，世界上许多大型哺乳动物突然灭绝了。对于它们灭绝的原因，科学界给出了多种不同的解释。在诸多理论中，有两种观点影响较大。一种是气候变化论，另一种是过度捕杀论。气候变化论认为，冰川期末期出现的全球气候变暖是导致大型哺乳动物走向灭绝的主要原因。过度捕杀论则坚持认为，人类贪得无厌的滥捕滥杀才是导致动物灭绝的真正原因。近期，一个包括古生物学家、地质学家、遗传学家和气候建模人员组成的团队综合了遗传学、气候学和古生物学数据来揭示这些大型哺乳动物当时到底经历了怎样的演化历史。在距今200万到1.2万前，地球经历了多次的气候波动，在气候寒冷时期，地球表面被大规模冰川所覆盖，我们称其为冰期，两次冰期之间是相对温暖的间冰期。研究者发现披毛犀、猛犸象、野马、驯鹿、野牛和麝牛六种生活在寒温带的大型草食性哺乳动物在间冰期需要找到合适的避难场所才能得以生存。研究者综合了包括这些哺乳动物的DNA、古气候和古生物学等多方面数据，结果发现，欧洲古人类和披毛犀的活动范围从来没有发生重叠，也就意味着欧洲披毛犀的灭绝更多的是气候原因所造成的。同时，其他研究证据表明人类活动对另外五种大型哺乳动物种群数量都有一定的影响，但并不都是消极的。这说明，古人类活动或多或少对史前大型哺乳动物产生了一定影响，但它们的灭绝很可能是多方面综合因素所造成的。[Nature(2011)doi:10.1038/nature10574]