生命史上的大规模灭绝：美国宇航局阿尔忒弥斯月球和行星防御 DART 任务的意义  

自地球生命诞生以来，物种的演化与灭绝就相伴而生。然而，在过去的五亿年中，至少发生了五次大规模的物种灭绝事件。在这些事件中，超过四分之三的现有物种消失殆尽。这些事件被称为全球性灭绝或物种大灭绝。第五次物种大灭绝是最近一次，发生在约6500万年前的白垩纪时期，由小行星撞击引起。撞击造成的环境变化导致恐龙从地球上灭绝。在当前的人类世（即人类存在的时期），由于人为造成的环境问题（例如气候变化、污染、森林砍伐、全球变暖等），人们怀疑地球可能已经处于或即将处于第六次物种大灭绝的边缘。此外，核战争、生物战争或其他类型的战争/冲突，以及火山爆发或小行星撞击等自然环境灾害，都可能引发大规模物种灭绝。向太空扩张是人类应对生存挑战的途径之一。美国宇航局的阿尔忒弥斯登月计划是人类未来殖民月球和火星，迈向深空居住的开端。通过偏转小行星来防御地球是另一种正在考虑的策略。美国宇航局的DART任务是首次此类小行星偏转试验，将于下个月尝试偏转一颗近地小行星。

环境一直在不断变化。这对生命形式产生了双重影响：一方面，环境的负面选择压力导致不适应环境的生物灭绝；另一方面，环境则有利于那些能够灵活适应新环境的生物生存。最终，这促成了新物种的进化。因此，自地球生命诞生之初，物种的灭绝和新物种的进化就应该几乎是同步进行的。

然而，地球的历史并非一帆风顺。历史上曾发生过一些剧烈而严重的事件，对生命形式造成了巨大的负面影响，导致物种大规模灭绝。“全球灭绝”或“大灭绝”一词用来描述在相对较短的地质时期内，约四分之三的现有生物多样性消失的事件。在过去的5亿年中，至少发生了五次大规模物种灭绝事件^¹。

表：地球、物种和人类的大规模灭绝  

这个“五巨头”灭绝是基于对数千个海洋无脊椎动物化石的数据库的分析来描述的。  

寒武纪时期（距今541亿至485亿年前），生命形式经历了爆发式增长。随后，在距今4亿年前的奥陶纪-志留纪时期，发生了第一次生物大灭绝。这次灭绝导致超过85%的海洋生物多样性灭绝，其原因是全球热带海洋降温，进而引发海平面下降，低洼地区栖息地丧失。第二次生物大灭绝发生在距今365亿年前的泥盆纪时期，其原因似乎是海平面较高时水中氧气浓度降低。目前普遍认为火山活动是导致第二次生物大灭绝的直接原因^¹。

第三次物种大灭绝，又称二叠纪-三叠纪灭绝，发生在约2.5亿年前的二叠纪-三叠纪时期。这次灭绝也被称为“大灭绝”，因为地球上超过90%的物种灭绝了。其原因是全球变暖导致的剧烈气候变化，而全球变暖又是由温室气体的大量释放造成的，尤其是大气中二氧化碳浓度增加了六倍 1,2。这也解释了2.1亿年前发生的第四次物种大灭绝，即三叠纪-侏罗纪灭绝的成因，这次灭绝导致许多大型动物灭绝，为恐龙的繁盛铺平了道路。大规模的火山喷发似乎是与这两次物种大灭绝相关的事件。

最近一次白垩纪末期灭绝事件（或称白垩纪-古近纪灭绝事件、第五次物种大灭绝）发生在约65.5万年前。这是生命史上规模最大的灭绝事件之一，导致所有非鸟类恐龙彻底灭绝。当时既有鸟类恐龙，也有非鸟类恐龙。鸟类恐龙是温血动物，而非鸟类恐龙是冷血动物。飞行爬行动物和非鸟类恐龙全部灭绝，而鸟类恐龙的后裔则存活至今，这标志着恐龙时代的突然终结。当时，由于一颗大型小行星撞击墨西哥奇克苏鲁伯陨石坑，以及大规模火山爆发，导致环境发生巨大变化，最终引发气候变化，造成赖以生存的食物来源枯竭。小行星撞击不仅引发了冲击波、强烈的热脉冲和海啸，还向大气层释放了大量的尘埃和碎片，阻挡了阳光到达地球表面，导致光合作用几乎停止，冬季漫长。光合作用的缺失意味着包括浮游植物和藻类在内的初级生产者植物以及依赖它们的动物物种的灭绝^{^1,3}。小行星撞击是物种灭绝的主要驱动因素，但同期发生的火山喷发一方面加剧了黑暗和冬季的加剧，将烟尘喷入大气层，从而导致了大规模灭绝；另一方面，火山活动也引发了全球变暖^⁴。至于非鸟类恐龙的彻底灭绝，对鸟类恐龙后代生理学的研究表明，由于发育中的胚胎缺乏维生素D3（胆钙化醇），导致其无法繁殖，最终在孵化前死亡^⁵。

在当今的人类世（即人类存在的时期），一些研究人员认为，由于气候变化、污染、森林砍伐、全球变暖等人为环境问题，第六次物种大灭绝已经开始。这一观点基于对当前物种灭绝率的估算，这些估算结果与之前几次物种大灭绝的灭绝率处于相似水平^¹。事实上，另一项研究的结果证实，当前生物多样性的灭绝率远高于化石记录中显示的五次物种大灭绝的灭绝率^⁶,⁷,⁸，而且现有的保护措施似乎收效甚微^⁸。此外，核战争/核灾难等其他人为因素也可能引发物种大灭绝。尽管全球采取了集体措施，并持续努力裁军、缓解气候变化、减少碳排放和保护物种，但一些研究人员建议缩小人类活动的规模，通过进一步降低出生率来减少人口，结束“增长狂热” ⁹。

就像上次白垩纪末期的大灭绝一样，未来任何由太空撞击和/或大规模火山爆发引起的环境灾难，也可能对人类构成严重的生存挑战，因为从长远来看，像所有星球一样，地球将受到太空撞击（以及火山爆发）的威胁，最终由于长期黑暗导致光合作用停止，因此所有初级生产植物和依赖它们的动物物种都将面临灭绝。

深海殖民 空间 和使与地球相连的小行星偏离地球是人类应对小行星撞击所造成的生存威胁的两种可能的反应 空间. 美国航空航天局的 阿蒂米斯 Moon 使命是深入的开始 空间 人类居住使人类成为多行星 物种。该计划不仅将在地球及其周围创造长期的人类存在 Moon 还教授为人类使命和居住做准备的课程 三月。阿尔忒弥斯任务将在 太阴 表面为宇航员提供一个在其上生活和工作的家 Moon。这将是人类首次在另一个天体表面生活¹⁰. 美国航空航天局的 行星 国防 DART 任务旨在测试一种使小行星偏离地球的方法。这两个 空间 特派团对于缓解因气候变化影响而给人类带来的生存挑战有着巨大的希望 空间. 

 ***   

DOI：https://doi.org/10.29198/scieu/2208231

***

参考文献：  

1. Khlebodarova TM 和 Likhoshvai VA 2020。生命史上全球灭绝的原因：事实和假设。 Vavilovskii Zhurnal Genet Selektsii。 2020 年 24 月；4(407):419-XNUMX。 DOI： https://doi.org/10.18699/VJ20.633 | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7716527/  

2. Wu，Y.，Chu，D.，Tong，J. 等。 二叠纪-三叠纪大灭绝期间大气 pCO2 增加了六倍。 Nat Commun 12, 2137 (2021)。 https://doi.org/10.1038/s41467-021-22298-7  

3. 舒尔特 P., 等 2010. 白垩纪-古近纪边界的希克苏鲁伯小行星撞击和大规模灭绝。 科学。 5 年 2010 月 327 日。第 5970 卷，第 XNUMX 期。DOI： https://doi.org/10.1126/science.1177265 

4. 基亚伦萨 等 2020. 小行星撞击，而不是火山作用，导致了白垩纪末期恐龙的灭绝。 29 年 2020 月 117 日出版。PNAS。 29 (17084) 17093-XNUMX。 DOI： https://doi.org/10.1073/pnas.2006087117  

5. 弗雷泽，D.（2019）。 恐龙为什么会灭绝？ 胆钙化醇（维生素 D3）缺乏症可以解决吗？ 营养科学杂志，8，E9。 DOI： https://doi.org/10.1017/jns.2019.7  

6. 巴诺斯基广告， 等 2011. 地球第六次大灭绝已经到来了吗？ 自然。 2011;471(7336):51-57。 DOI： https://doi.org/10.1038/nature09678  

7. 塞巴洛斯 G., 等 2015. 加速现代人类引起的物种损失：进入第六次大规模灭绝。 科学。 进阶。 2015;1(5): e1400253。 DOI： https://doi.org/10.1126/sciadv.1400253  

8. 考伊 RH 等 2022.第六次大灭绝：事实，虚构还是猜测？ 生物学评论。 第 97 卷，2 年 2022 月 640 日，第 663-10 页。 首次发布：2022 年 XNUMX 月 XNUMX 日。DOI： https://doi.org/10.1111/brv.12816 

9. Rodolfo D.、Gerardo C. 和 Ehrlich P.，2022 年。循环排水：灭绝危机和人类的未来。 出版时间：27 年 2022 月 3772021037820210378 日。英国皇家学会生物科学哲学汇刊。 BXNUMX DOI: http://doi.org/10.1098/rstb.2021.0378 

10. Prasad U.，2022 年。Artemis 月球任务：迈向深空人类居住区。 科学欧洲。 11 年 2022 月 XNUMX 日发布。可在 http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/artemis-moon-mission-towards-deep-space-human-habitation/  

***