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地球历史上最大的灭绝标志着二叠纪时期的结束，大约有2.52亿年前。早在恐龙之前，我们的星球上就栖息着植物和动物，这些植物和动物在西伯利亚发生一系列大规模火山爆发后大部分都被消灭了。
古代海底岩石中的化石显示出繁荣多样的海洋生态系统，然后是一大堆尸体。在“大死亡”期间，大约96%的海洋物种被消灭，随后数百万年，生命不得不再繁衍多样化。
到目前为止所争论的正是使海洋生机勃勃的原因 - 水的高酸度，金属和硫化物中毒，完全缺氧或温度升高。
华盛顿大学和斯坦福大学的新研究将海洋条件和动物新陈代谢模型与已发表的实验室数据和古海洋学记录结合起来，表明海洋中的二叠纪大灭绝是由于全球变暖导致动物无法呼吸。随着气温升高，海洋动物的新陈代谢加快，温暖的海水无法保持足够的氧气供它们生存。
该研究发表在12月7日的“科学”杂志上。
“这是我们第一次对可以通过化石记录直接测试的灭绝原因进行机械预测，这使我们能够预测未来灭绝的原因，”第一作者Justin Penn说。 ，海洋学的威斯康星大学博士生。
研究人员在二叠纪期间运行了一个具有地球构造的气候模型，当时陆地群体被组合在Pangea超大陆。在西伯利亚正在进行的火山爆发形成温室气体行星之前，海洋的温度和氧气水平与今天相似。研究人员随后将模型中的温室气体提高到使表面热带海洋温度高出约10摄氏度(20华氏度)所需的水平，与当时的条件相匹配。
该模型再现了海洋中由此产生的巨大变化。海洋损失了大约80%的氧气。大约一半海洋的海底，大部分位于更深的海底，变得完全无氧。
为了分析对海洋物种的影响，研究人员利用已发表的实验室测量结果，考虑了61种现代海洋物种(包括甲壳类动物，鱼类，贝类，珊瑚和鲨鱼)对氧气和温度的不同敏感性。现代动物对高温和低氧的耐受性预计与二叠纪动物相似，因为它们是在相似的环境条件下进化的。然后研究人员将物种的特征与古气候模拟相结合，以预测灭绝的地理位置。
“很少有海洋生物停留在它们居住的同一栖息地 - 它要么逃跑要么死亡，”第二作者，海洋学副教授柯蒂斯·德奇(Curtis Deutsch)说。
该模型显示受灾最严重的是对远离热带地区的氧气最敏感的生物。生活在热带地区的许多物种也在该模型中灭绝，但它预测高纬度物种，特别是那些需氧量高的物种，几乎完全被消灭。
为了测试这一预测，共同作者斯坦福的乔纳森佩恩和埃里克斯珀林分析了古海洋学数据库中的晚二叠世化石分布，该数据库是已发表化石集合的虚拟档案。化石记录显示物种在灭绝之前的位置，并且完全被消灭或限制在它们以前栖息地的一小部分。
化石记录证实，远离赤道的物种在事件中遭受的影响最大。
“这种杀灭机制的特征，气候变暖和氧气损失，是这种地理模式，由模型预测，然后在化石中发现，”佩恩说。“两者之间的协议表明，这种气候变暖和氧气流失的机制是灭绝的主要原因。”
这项研究建立在以前由Deutsch领导的工作的基础上，表明随着海洋温暖，海洋动物的新陈代谢加速，这意味着它们需要更多的氧气，而温暖的水则更少。早期的研究表明，温暖的海洋如何将动物从热带地区赶走。
这项新研究将不断变化的海洋环境与各种动物在不同温度下的代谢需求相结合。结果表明，氧气剥夺的最严重影响是生活在极地附近的物种。
“由于热带生物的代谢已经适应了相当温暖，低氧条件，它们可以远离热带地区，并在其他地方找到相同的条件，”Deutsch说。“但如果一个生物体适应寒冷，富氧环境，那么那些条件就不再存在于浅海中。”
完全没有氧气的所谓“死区”大多低于物种生存的深度，并且在生存率中起着较小的作用。“在一天结束时，事实证明，死区的大小似乎并不是灭绝的关键，”德意志说。“我们经常考虑缺氧，完全缺氧，这是你需要普遍不适应的条件。但是当你看到低氧的耐受性时，大多数生物可以被排除在海水以外的氧气水平缺氧。“
气候变暖导致氧气不足导致超过一半的海洋多样性损失。作者说，其他变化，如酸化或光合生物生产力的变化，可能是其他原因。
二叠纪晚期的情况 - 大气中温室气体的增加导致地球温度升高 - 与今天类似。
“在一切照旧的排放情景下，到2100年，上层海洋变暖将接近二叠纪晚期变暖的20%，到2300年将达到35%至50%之间，”佩恩说。“这项研究强调了在人为气候变化下由类似机制引起的大规模灭绝的可能性。”
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