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中国科学家为寒武纪生命大爆发添新解

2019-05-20 21:44:17

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  中国科学家为寒武纪生命大爆发添新解
  大气和海洋中氧气含量增加促进寒武纪生命大爆发;海水碳、硫同位素正异常时,氧气产量快速增加

  距今约5.4亿年前的寒武纪早期,地球上最复杂的生命动物“爆发式”出现,这一现象被越来越多的化石发现所证实。但为什么会出现寒武纪生命大爆发、爆发的过程又是怎样的?这一直是当今演化生物学和地球科学共同关注的重大基础前沿科学问题。

  近期,由中国科学院南京地质古生物研究所参与领导的中英俄国际合作团队,为这一科学难题提供了新的答案。合作团队得出结论:大气和海洋的氧气含量控制着寒武纪大爆发的过程,氧气含量的大幅增加,直接导致寒武纪早期生物种类“井喷”。这一最新研究成果于5月6日在线发表在英国《自然-地球科学》上。

  悬案

  寒武纪生命大爆发曾被指系假象

  寒武纪生命大爆发被称为古生物学和地质学上的一大悬案。

  地球诞生于46亿年前,寒武纪距今约5.42亿年—4.85亿年。地球历史的前40亿年中,生命一直以简单和微体的形式存在,演化缓慢,几乎没有留下肉眼可见的痕迹。到了5.4亿年前的寒武纪时期,人们熟悉的、复杂多样的动物各种门类(节肢动物、软体动物、腕足动物、环节动物和原始的脊椎动物等)突然在2000万年间大量涌现,奠定了显生宙动物世界的基础。科学家们将这一变化称之为“寒武纪生命大爆发”。

  达尔文在《物种起源》中提到了这一事实,并百思不得其解。因为按照达尔文进化论,生物进化经历了从水生到陆地、从简单到复杂、从低级到高级的漫长演变过程。寒武纪大爆发显然和达尔文的理论不匹配。有观点认为,寒武纪生命爆发是一种假象。

  中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎告诉新京报记者,上世纪80年代以来,随着越来越多化石被发现,人们更倾向于认为寒武纪大爆发是真实事件。但是,寒武纪大爆发为何发生、爆发的过程又是怎样的?“有观点猜测,氧气控制了复杂生命的出现,但如何控制、有什么证据?我们通过高精度的地球化学研究数据发现,海洋中氧气增多时,物种数量明显增加。”

  寻觅

  赴西伯利亚无人区采集地层样品

  谈起这次研究的起源,朱茂炎介绍,2005年南京召开了第四届国际寒武纪地质大会,会后他们总结了寒武纪的年代表、生物演化和环境研究,同时编制了一条寒武纪全球海水碳同位素演化曲线。

  结果发现,这条曲线与全球生物演化的阶段性是对应的,海水碳同位素正异常对应的是动物大爆发阶段,负异常对应的是动物灭绝阶段。“但这种关联的具体原因和机制一直不明。我们觉得这与生物氧化有关系,但到底是什么驱动了生物利用碳的过程?这是多年来,我们想探究的答案。”

  朱茂炎介绍,浅水海洋中沉积的碳酸盐岩(石灰岩)能记录海水碳同位素信息,是调查很好的切入口。研究人员将目光投到解题关键地区——俄罗斯西伯利亚。当地的寒武纪早期地层剖面不仅化石丰富,而且全部由碳酸盐岩构成,完整记录了该时期全球海水碳同位素的演化过程。

  2008年,研究团队与俄罗斯同行合作,在西伯利亚开展野外工作。沧海桑田,5亿年前在海洋中沉积的岩层如今已暴露地表。沿着勒拿河,在一片无人区的陡峭悬崖边,研究人员采集了一套珍贵的寒武纪早期碳酸盐岩地层样品。

  从数百米厚的地层中采集的几百块样本被带回中国,按照时间序列和厚度序列累积起来,研究人员得以研究寒武纪大爆发的古海水变化。

  为了解当时碳同位素的变化原因,研究团队还必须分析当时海水的硫同位素变化。朱茂炎说,碳同位素的实验方法已经很成熟,但当时硫同位素实验分析在国际上一直有争议,有观点担心实验过程有误差,得不到准确结果。

  经过多年努力,研究人员改进了硫同位素分析的实验方法。课题组对这套样品开展了系统的碳、硫同位素实验分析和数学模型计算,获得了令人兴奋的研究结果。

  结论

  大爆发受控于大气和海洋的氧气含量

  朱茂炎介绍,西伯利亚地区海水碳、硫同位素在寒武纪早期发生了五次同步变化。当海水碳、硫同位素同步偏重(正异常)时,表明有机碳和黄铁矿埋藏量增加,导致氧气产量快速增加;当海水碳、硫同位素同步偏轻(负异常)时,表明有机碳和黄铁矿埋藏量减少,导致氧气产氧量减少。也就是说,碳、硫同位素的变化反映了大气和浅海中氧气含量的变化。

  研究人员发现,在寒武纪大爆发高峰时期,海水碳和硫同位素值发生的同步波动次数及幅度,与动物化石多样性变化的次数及幅度在时间上高度吻合。“氧气多了,生物多样性就多了,物种数量明显增加。五次变化中,西伯利亚的物种最多时增加到300多种。”

  而在距今5.14亿年之后的大约200万年间,碳和硫同位素间的变化并不同步,反映了海水普遍缺氧。巧合的是,这一时间内发生了全球性寒武纪动物群的大灭绝。

  朱茂炎说,这一研究首次采用定量模型论证了动物的寒武纪大爆发过程受控于大气和海洋的氧气含量变化。

  目前,寒武纪大爆发仍有多道谜题等待科学家解答。在朱茂炎看来,生物演化和环境相互作用,不同学科的研究人员应一起探讨“解题”,共享实验方法和思想。“要推动多学科交叉,研究古生物、地球化学、地球物理、现代生物学的学者要坐在北京PK拾代理一起,破解寒武纪大爆发的谜题。”

  ■ 链接

  云南澄江manbetx万博官方下载_万博manbetx官网app_万博manbetx官网登陆生物群为“寒武纪大爆发”提供证据

  了解寒武纪大爆发,就必须提及中国云南澄江生物群。它与加拿大布尔吉斯生物群和凯里生物群构成世界三大页岩型生物群,为寒武纪地质历史时期的生命大爆发提供了证据。

  1984年7月1日,中国科学院南京地质古生物研究所研究员侯先光在帽天山发现一块化石,敲开了发现澄江生物群的大门。这块长尾纳罗虫化石是难得一见的软体组织化石,首次清晰展现出距今5.3亿年前的海洋动物世界的真实面貌。澄江生物群的发现,使其所在地——云南省玉溪市澄江县声名鹊起。

  原始的生命非常脆弱,大部分没有硬化骨骼,仅由软组织组成。这些生命一旦死亡,极容易化为乌有。而澄江生物群的各类动物化石却保存精美、举世罕见,这正是它的珍贵之处。此后,我国南京、西安、昆明、北京等地的古生物学家先后对澄江生物群进行了多次大规模采集。

  澄江生物群主要由多门类的无脊椎动物化石组成,门类丰富。这极速分分彩注册座“化石宝库”充分显示出寒武纪早期生物的多样性,将绝大多数现生动物门类的演化历史追溯到寒武纪开始,为揭示生物“寒武纪大爆发”的奥秘提供了珍贵证据,在国际上被誉为“二十世纪最惊人的科学发现之一”。

  新京报记者 张璐


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呼吸防护常识

呼吸器官防护用品是为防御有害气体、蒸气、粉尘、烟、雾从呼吸道吸入,直接向使用者供氧或清洁空气,保证尘、毒污染或缺氧环境中作业人员正常呼吸的防护用品。

呼吸器官防护用品主要有防尘万博manbetx官网登陆和防毒万博manbetx官网登陆(面罩)。

(一)防尘万博manbetx官网登陆、面罩的使用

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(1)作业场所除粉尘外,还伴有有毒的雾、烟、气体或空气中氧含量不足18%时,应选用隔离式防尘用具,禁止使用过滤式防尘用具。

(2)淋水、湿式作业场所。选用的防尘用具应带有防水装置。

(3)劳动强度大的作业,应选用吸气阻力小的防尘用具。有条件时,尽量选用送风式万博manbetx官网登陆或面罩。

(4)使用前要检查部件是否完整,如有损坏必须及时整理或更换。此外,应注意检查各连接处的气密性,特别是送风万博manbetx官网登陆或面罩,看接头、管路是否畅通。

(5)佩戴要正确,系带和头箍要调节适度,对面部应无严重压迫感。

(6)复式万博manbetx官网登陆和送风万博manbetx官网登陆头盔的滤料要定期更换,以免增大阻力。电动送风万博manbetx官网登陆的电源要充足,按时充电。

(7)各式万博manbetx官网登陆的主体(口鼻罩)脏污时,可用肥皂水洗涤。洗后应在通风处晾,切忌曝晒、火烤,避免接触油类、有机溶剂等。

(8)防尘用具宜专人专用。使用后及时装塑料袋内,避免挤压、损坏。

(9)对于长管面具,在使用前应对导气管进行查漏,确定无漏洞时才能使用。导气管的进气端必须放置在空气新鲜、无毒无尘的场所中。所用导气管长度以10m内为宜,以防增加通气阻力。当移动作业地点时,应特别注意不要猛拉、猛拖导气管,并严防压、戳、拆等。

(二)防毒万博manbetx官网登陆、面具的使用

防毒面具、万博manbetx官网登陆可分为过滤式和隔离式两类。过滤式防毒用具是通过滤毒罐、盒内的滤毒药剂滤除空气中的有毒气体再供人呼吸。因此劳动环境中的空气含氧量低于18%时不能使用。通常滤毒药剂只能在确定了毒物种类、浓度、气温和一定的作业时间内起防护作用。所以过滤式防毒万博manbetx官网登陆、面具不能用于险情重大、现场条件复杂多变和有两种以上毒物的作业;隔离式防毒用具是依靠输气导管将无污染环境中的空气送入密闭防毒用具内供作业人员呼吸。它使用于缺氧、毒气成分不明或浓度很高的污染环境。

(1)使用防毒万博manbetx官网登陆时,严禁随便拧开滤毒盒盖,避免滤毒盒剧烈震动,以免引起药剂松散;同时应防止水和其他液体滴溅到滤毒盒上,否则降低防毒效能。

(2)使用防毒万博manbetx官网登陆过程中,对有臭味的毒气,当嗅到轻微气味时,说明滤毒盒内的滤毒剂实效。对于无味毒气,则要看安装在滤毒盒里的指示纸或药剂的变色情况而定。一旦发现防毒药剂失效,应立刻离开有毒场所,并停止使用防毒万博manbetx官网登陆,重新更换药剂后方可使用。

(3)佩戴防毒万博manbetx官网登陆时,系带应根据头部大小调节松紧,两条系带应自然分开套在头顶的后方。过松和过紧都容易造成漏气或感到不舒服。

(4)防毒面具使用中应注意正确佩戴,如头罩一定要选择合适的规格,罩体边缘与头部贴紧。另外,要保持面具内气流畅通无阻,防止导气管扭弯压住,影响通气。

(5)当在作业现场突然发生意外事故出现毒气而作业人员一时无法脱离时,应立即屏住气,迅速取出面罩戴上;当确认头罩边缘与头部密合或佩戴正确后,猛呼出面具内余气,方可投入正常使用。

(6)防毒面具某一部件损坏,以致不能发挥正常作用,而且来不及更换面具的情况下,使用者可采取下列应急处理方法,然后迅速离开有毒场所:

①头罩或导气管发现孔洞时,可用手捏住。若导气管破损,也可将滤毒罐直接与头罩连接使用,但应注意防止因罩体增重而发生移位漏气。

②呼气阀损坏时,应立即用手堵住出气孔,呼气时将手放松吸气时再堵住。

③发现滤毒罐有小孔洞时,可用手,黏土或其他材料堵塞。

(7)使用后的防毒面具,要清洗、消毒、洗涤后晾干,切勿火烤、曝晒,以防材料老化。滤毒罐用后,应将顶盖、底塞分别盖上、堵紧,防止滤毒剂受潮失效。对于失效的滤毒罐,应及时报废或更换新的滤毒剂和作再生处理。

(8)一时不用的防毒面具,应在橡胶部件上均匀撒上滑石粉,以防黏合。现场备用的面具,放置在专用的柜内,并定期维护和注意防潮。

(三)氧气呼吸器的使用

氧气呼吸器是一种与外部空气隔绝、依靠自身供给氧气的防毒面具。使用中应注意:

(1)在使用前全面检查一遍,确认达到下列要求方可使用:

①氧气瓶内的氧气压力,应保持在980N/cm2以上。

②清净罐内装填的氢氧化钙吸收剂应为粉红色圆柱状颗粒。如变为淡黄色,即为失效,应及时更换。

③应注意各密封垫圈是否齐全,啮合程度、阀门是否良好,自动排气阀工作是否正常,以及手动不及供氧是否有效。

(2)使用时,先打开氧气瓶阀门,检查压力表的数值,估计使用时间。然后按动补给按钮数次,以清除气囊内原积存气体。再戴上头罩,检查找体边缘与头部密合情况。经确认各部件正常后,即可使用。

(3)使用过程中,如感到供气不足,可用深长呼吸法,使自动补给器充氧。若仍感呼吸困难,应采用手动按钮补给氧气。当以上措施均无效时,应立即退出染毒场所。

(4)使用中,应经常检查压力表的指示值。一旦氧气压力降至245~296N/cm2时,应及时离开有毒场所。

(5)注意避免与油类等可燃物料接触,并与火源保持足够的安全间距。

(6)防止氧气呼吸器撞击和跌落,以免损坏部件。

(7)险情重大的作业以及进入事故现场从事抢救,必须两人一组,以利彼此关照。

(8)使用后的氧气呼吸器,应及时通知专业人员检查,并进行头罩清洗、消毒、氧气瓶充气和更换清净罐内的氢氧化钙等工作,以备随时使用。

(9)若长期搁置不用,应倒出清净罐内的氢氧化钙。所有橡胶部件均应涂以滑石粉,以防粘连。氧气瓶则应保留一定的剩余压力。

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发布人:奔安防护用品
发布时间:2018年10月16日


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