在地球46亿年的历史中，曾发生过五次重大生物大灭绝事件，每次都消灭了当时绝大多数的物种。这五次大灭绝包括:奥陶纪大灭绝、泥盆纪大灭绝、二叠纪大灭绝、三叠纪-侏罗纪大灭绝和白垩纪-第三纪(又称K-T)大灭绝。这些事件的规模和原因各不相同，但它们都彻底摧毁了当时地球上的生物多样性。
定义"大灭绝"
在深入了解这些不同的大灭绝事件之前,重要的是要理解什么可以被归类为大灭绝,以及这些灾难如何塑造了幸存物种的进化。"大灭绝"可以定义为在一段时期内,大比例的已知生物物种灭绝。大灭绝有几个原因,如气候变化、地质灾难(如大规模火山喷发),甚至是陨石撞击地球表面。甚至有证据表明,微生物可能加速或促成了地质年代表中已知的一些大灭绝事件。
大灭绝与进化
大灭绝事件如何促进进化?通常,在一次大规模灭绝事件之后,少数幸存的物种会经历一个快速物种形成的时期。由于在这些灾难性事件中有如此多的物种灭绝,幸存的物种有更多的空间扩散,环境中也有许多生态位需要填补。食物、资源、栖息地甚至配偶的竞争减少,使得大灭绝事件中"剩下"的物种能够蓬勃发展并快速繁殖。
随着时间的推移,种群分离并迁移,它们适应新的环境条件,最终与原始种群在繁殖上隔离。到那时,它们可以被认为是全新的物种。
第一次大灭绝:奥陶纪大灭绝
奥陶纪大灭绝
时间：古生代奥陶纪（大约4.4亿年前）
灭绝规模：高达85%的生物物种消失
推测原因：大陆漂移及随之而来的气候变化
第一次已知的重大生物大灭绝事件发生在地质年代表古生代的奥陶纪。在地球历史的这个时期,生命还处于早期阶段。最早的已知生命形式出现在大约36亿年前,但到了奥陶纪,更大的水生生命形式已经出现。这时甚至已经有一些陆地物种了。
这次大灭绝事件的原因被认为是大陆的移动和剧烈的气候变化。它分两个不同的阶段发生。第一阶段是一个覆盖整个地球的冰河时期。海平面下降,许多陆地物种无法足够快地适应严酷的寒冷气候。第二阶段是冰河时期最终结束时——但这并不全是好消息。这一阶段结束得如此突然,以至于海洋水位上升得太快,无法保持足够的氧气来维持第一阶段幸存下来的物种。再一次,物种在完全灭绝之前适应得太慢了。然后就要靠少数幸存的水生自养生物来增加氧气水平,以便新物种能够进化。
第二次大灭绝:泥盆纪大灭绝
泥盆纪大灭绝
时间：古生代泥盆纪（大约3.75亿年前）
灭绝规模：近80%的生物物种消失
推测原因：海洋缺氧、气温急剧降低、火山喷发和/或陨石撞击
地球生命史上的第二次重大生物大灭绝发生在古生代的泥盆纪。这次大灭绝事件实际上紧随前一次奥陶纪大灭绝之后相对较快地发生。就在气候稳定下来,物种适应了新环境,地球上的生命开始再次繁荣时,几乎80%的所有生物物种——无论是水中还是陆地上的——都被消灭了。
关于为什么这第二次大灭绝会在地质历史的那个时候发生,有几种假说。第一阶段,对水生生物造成重大打击的可能实际上是由陆地的快速殖民造成的——许多水生植物适应了陆地生活,留下较少的自养生物为海洋生物产生氧气。这导致了海洋中的大规模死亡。
植物快速向陆地迁移也对大气中可用的二氧化碳产生了重大影响。由于如此迅速地去除了大量温室气体,温度骤降。陆地物种难以适应这些气候变化,结果灭绝了。
泥盆纪大灭绝的第二阶段更是个谜。可能包括大规模火山喷发和一些陨石撞击,但确切原因仍被认为是未知的。
第三次大灭绝:二叠纪大灭绝
二叠纪大灭绝
时间：古生代二叠纪（大约2.5亿年前）
灭绝规模：估计96%的生物物种消失
推测原因：未知——可能是小行星撞击、火山活动、气候变化和微生物活动
第三次重大生物大灭绝发生在古生代的最后一个纪,称为二叠纪。这是所有已知大灭绝中最大的一次,地球上96%的物种完全消失。因此,难怪这次重大生物大灭绝被称为"大死亡"。水生和陆地生命形式都相对迅速地灭亡。
是什么引发了这次最大的生物大灭绝事件,仍然是个谜,研究地质年代表这个时期的科学家们提出了几种假说。有些人认为可能是一系列事件导致了如此多物种的消失;这可能是大规模火山活动与小行星撞击相结合,将致命的甲烷和玄武岩送入空气和地球表面。这些可能导致氧气减少,窒息了生命,并带来了气候的快速变化。较新的研究指向古菌域中一种在甲烷含量高时繁盛的微生物。这些极端微生物可能"接管"并扼杀了海洋中的生命。
无论原因如何,这次最大的重大生物大灭绝结束了古生代,开启了中生代。
第四次大灭绝:三叠纪-侏罗纪大灭绝
三叠纪-侏罗纪大灭绝
时间：中生代三叠纪末期（大约2亿年前）
灭绝规模：超过半数的生物物种消失
推测原因：大规模火山活动伴随玄武岩喷发、全球气候变化、海洋pH值和海平面变化
第四次重大生物大灭绝实际上是中生代三叠纪最后1800万年间发生的许多较小灭绝事件的组合。在这段漫长的时间里,当时地球上约一半的已知物种灭绝了。这些个别小型灭绝的原因大多可以归因于火山活动和玄武岩洪流。火山喷发的气体也造成了气候变化问题,改变了海平面,甚至可能改变了海洋的pH值。
第五次大灭绝:K-T大灭绝
K-T大灭绝
时间：中生代白垩纪末期（大约6500万年前）
灭绝规模：近75%的生物物种消失
推测原因：巨大小行星或陨石撞击
第五次重大生物大灭绝事件可能是最为人所知的,尽管它不是最大的。白垩纪-第三纪大灭绝(或K-T灭绝)成为中生代最后一个纪——白垩纪与新生代第三纪之间的分界线。这次事件也消灭了恐龙。但恐龙并不是唯一灭绝的物种——在这次大灭绝事件中,高达75%的已知生物物种都灭绝了。
有充分的证据表明,这次大灭绝的原因是一次重大的小行星撞击。巨大的太空岩石撞击地球,将碎片送入空气中,有效地产生了一个"撞击冬天",彻底改变了整个星球的气候。科学家们研究了小行星留下的大型陨石坑,并可以将它们的年代追溯到这个时期。
第六次大灭绝:正在发生?
我们有可能正处于第六次重大生物大灭绝之中吗?许多科学家认为是这样的。自人类进化以来,已有许多已知物种消失。由于这些大灭绝事件可能需要数百万年的时间,也许我们正在亲眼目睹第六次重大生物大灭绝事件的发生。人类是否能够幸存下来,目前还不得而知。