地球上明顯不止五次大滅絕。次數應該更多，有人估計高達20次。
那麽我們經常聽到的五次大滅絕理論是怎麽來的呢？這個說法來自於Jack Sepkoski和David M. Raup於3月1982日發表在《科學》雜誌上的研究報告。他們統計了已知事件，確定了寒武紀大爆發後的五次大滅絕。
好了，我們先簡單看壹下地球的地質演化史。
地質演化史
根據五次大滅絕理論，第壹次大滅絕發生在奧陶紀末期。從上圖看，好像發生在地質演化史的後半段，其實不是這樣的。奧陶紀末期的滅絕事件距今只有4.5億年，而地球的歷史是46億年。2017的新發現表明，最早的生物出現在42.8-37.7億年前。“五次滅絕”壹詞，準確的表述應該是“顯生宙五次滅絕”。
事實上，在1982之後的地質研究中，科學家發現了化石證據之外的跡象，比如不同地層同位素含量的變化，並由此證實了古氣候的變化。此外，對生物地理沈積物和壹些天文現象的研究也讓我們發現，生命的起源並不簡單。
就像人們至今不明白寒武紀物種大爆發的原因壹樣，人們至今也不明白生命起源的具體路徑。然而，生命的活動在地球上留下了印記，讓我們得以壹窺其中的奧妙。
在註2的文獻中，英國科學家Mattew S.Dodd等人在加拿大魁北克省哈德遜灣壹個名為Nuvvuagittuq的地質構造中發現了壹些微生物化石，他們在這些化石中發現了壹些最早的生命證據。
懷疑地球上最早的生命
Nuvvuagittuq的地質結構形成於遠古時期海底熱泉的噴口周圍，可以噴出鐵和其他礦物質。地質學家認為，Nuvvuagittuq的年齡為37.7億年或42.2億年，這意味著它們可能早在地球形成後的3.4億年就出現了。多德和他的同事發現巖石中存在絲狀細菌，這些細菌含有鐵化合物。與絲狀細菌相連的圓形塊非常類似於現代細菌用來附著在巖石表面的微型錨。這些巖石還含有各種可能由細菌產生的有機碳。生活在溫泉出口周圍的現代細菌，如絲狀體，以鐵化合物為食，這些鐵化合物會使沈積物中出現管狀空腔。這些特征在上述巖石中也有發現。他們認為這是地球上最古老的生命。
這是發表在權威科學研究雜誌上的最早的生命證據，壹些學者(弗朗西斯·韋斯特爾)對此持懷疑態度，因為微生物很難在火山噴發形成的化石中存活，這篇論文發表的微生物似乎有點太大了。
但是有壹種觀點是學術界公認的，原始生命起源於海洋。
探索生命的起源是壹個綜合多種學科的問題，包括地質學、古生物學、地球科學、天體生物學和地球科學。地質演化史中某壹學科提出的非常硬的數據，通常會得到大家的認可，並以此為界進行研究。
這次地質學出來了，幫我們確認了氧的地質演化史。
2000年，馬裏蘭大學的法誇爾(Farquhar)在《科學》雜誌上發表了壹項關於硫同位素的研究[3]，指出硫的同位素比值在大約24.5億年前發生了變化。他使用壹種新的同位素蒸餾方法來測定地球上遊離氧的生成時間。
他的研究發現，24.5億年前的巖石，反應後有大量含有S33同位素的反應產物。這種質量相關分餾(MIF)只有在無氧大氣中進行太陽紫外輻射時才能實現，MIF硫在此之後消失，因此科學家認為自由氧在24.5億年開始出現在地球大氣中。
這有助於我們認識到這樣壹個事實:在24.5億年的那個時刻，光合生物產生的氧氣最終與海洋中的活性化學物質(如鐵和硫)完全反應，從而可以逃逸到大氣中。
在此之前，光合生物並不占據主導地位，海洋中光合生物產生的氧氣是由海水中的各種活性元素(主要是鐵)反應而來，這壹點在沈積物中也有所表現。在南非發現的帶狀銹礦床(BIF)給了我們證據。
30億年前的鐵銹沈積物，圖中紅色部分。
所以我們可以意識到，這個時候應該會有壹次大滅絕。光合生物產生的氧氣對先前存在的底棲嗜熱菌、厭氧菌、鐵細菌、硫細菌和產甲烷菌造成了極大的危害。藍藻等光合生物以廢氣的形式放出氧氣，這對適應無氧環境的細菌來說是致命的。氧氣不是它們需要的生存物質，甚至帶走了它們生存的必需元素。
正因為如此，始於24.5億年的大氧化事件也被稱為氧大災難。遺憾的是，目前能夠幫助我們完整展現滅絕過程的化石證據很少，能夠證明藍藻存在的化石證據也很少。然而，幾乎所有的科學家都認為，這場大災難可能會導致98%以上的生物物種滅絕。
2006年發表在《地質學》上的壹篇研究報告[4]中，Adriana Dutkiewicz等人對加拿大埃利奧特湖發現的含油流體包裹體進行了研究，發現在大氧化事件之前存在類似藍藻的生物，為我們的猜想提供了地質證據。
古代藍藻
藍藻接管海洋後，大氣中的遊離氧開始增加，造成了另壹個危害，就是大氣中的甲烷會減少，甲烷被光合生物產生的氧氣反應成二氧化碳和水。同時，也有證據表明，海洋中的產甲烷菌在生態競爭中敗給了藍藻。在2009年8月發表在《自然》雜誌上的研究報告[5]中，Kurt O. Konhauser等人研究了帶狀鐵礦床(BIF)，他們發現原始海洋中的鎳含量是現在水體中的400倍。被稱為產甲烷菌的微生物喜歡富含鎳的水，它們會產生甲烷並將其釋放到大氣中。甲烷可以防止氧氣積累，保持地球溫暖。科學家還發現，在27億至24億年前的時期，海洋中鎳的總體豐度下降了50%。這對應於大氧化事件。鎳的缺乏可能會殺死產甲烷菌，給光合生物釋放氧氣的機會。甲烷對溫室氣體的貢獻是二氧化碳的23倍，這可能直接導致地質史上最長的冰期——休倫冰期。
大冰期必然導致物種滅絕。這期間物種滅絕的具體過程我們不得而知，但冰河期有很大概率造成大規模物種滅絕。寒冷的生存環境對生物的發展非常不利，持續約3億年(距今2.4-2.65438億年)的冰期會讓地球上的物種不堪忍受，很多物種將很難滅絕。然而，我們還沒有找到任何化石證據來證明這壹點。
今年8月發表的壹份研究報告[6]發現加拿大大氧化事件期間產生的硫酸鹽礦石中氧同位素含量很低，因此他們認為大氧化事件期間地球初級生產力下降了80%。同時地質學認為，此時玄武巖風化掩埋了有機質，而矽酸鹽風化消耗二氧化碳形成碳酸鈣。這壹切導致了休倫冰期的正式出現。
休倫冰期
我們有理由相信，大多數物種會在海底火山口或被稱為海底熱源的地方避難，這些地方也被認為是地球原始生命起源的地方。
可悲的是，上述兩個時期細菌化石或疊層石的發現並不廣泛，現存的化石也存在難以斷代的問題。我們只能通過有限的證據和邏輯推理來推斷當時的生態環境。部分原因是這些個體太小，生活在海洋中，留給化石的機會很少。
科學家認為，休倫冰期3億年期間火山噴發產生的溫室氣體最終保留了足夠的太陽輻射能量，地球開始解凍，進入地質學家所說的無聊的十億年階段(也稱為地球無聊時代)，即18億年前到8億年前的階段。在這個階段，地球環境、生物進化和巖石圈異常穩定。
無聊時代的地球含氧量幾乎沒有變化，與今天相比也很低，大約是現在10-100的三分之壹。但這期間形成了臭氧層，保護了太陽風的帶電粒子和紫外線，保護了生物的健康生長，保證了遺傳物質的穩定。臭氧層為寒武紀物種大爆發鋪平了道路。
科學家認為，此時海洋中存在綠色和紫色的光合細菌。科學家認為此時的海洋是紫色的[7]。馬裏蘭大學的微生物遺傳學家Shil DasSarma認為，在葉綠素出現之前，存在壹種叫做視黃醛的物質。視網膜很容易合成，可以吸收大量綠色光波中含有的能量，反射紅色光和紫色光，使海洋呈現紫色。達薩爾馬認為，當時鹽生細菌可能處於生態優勢地位，吸收了大量能量較高的綠色光波，使得葉綠體植物只能利用能量密度較低的紅色和藍色光波。
互聯網上的紫色海洋圖片。
與此同時，著名地質學家唐納德？坎菲爾德在《自然》雜誌1998發表了研究報告，提出了重要觀點。古代的海洋和今天的海洋有很大不同，今天的海洋即使在深處也富含氧氣。古代海洋往往是分層的，上層含氧，下層含氧量極低。坎菲爾德指出，當深海變得完全無氧時，硫細菌會從沈積物中出來，接管海底。
硫細菌的新陳代謝會產生廢棄的硫化氫，使得深海對以氧為基礎的生物來說是致命的。缺氧的深海層與充滿氧氣的上層海水之間被化學躍層隔開，化學躍層距離海面很少超過200米。坎菲爾德認為古代海洋壹直處於這種狀態，這個理論被稱為坎菲爾德的海洋理論，也被稱為Euxinia。如今，這種狀態只能在黑海看到。
坎菲爾德海洋示意圖
那麽似乎當時地球生物的生存條件是這樣的。紫色和綠色的光合生物在缺氧和硫化的海洋中緩慢生長，甚至壹些細菌可以利用太陽能將硫化氫還原為硫作為光合機制來生存。
十億年很長，但是地質學家發現了壹些紅藻化石，被認為是最早的真核生物。發表於2017年3月的研究報告[9]認為，化石證據顯示紅藻出現於16億年前。
標本概述b細胞結構c細胞內結構
紅藻化石的發現可以證明當時的生態環境，可能為植物的進化開辟道路。個人認為，這時候壹些鞭毛蟲與各種單細胞藻類結合，形成了鞭毛蟲樣生物，進而為動物進化開辟了道路。但至今仍沒有化石證據證實這壹猜想。目前學術界認為細胞器的產生應該是這種方式的結果。
化石證據還表明，植物大約在13億年前登陸，形成藻類和藍藻的結合體，即地衣。這種初期落地的地衣為後來的植物落地提供了初步的環境。高等植物可能在7.5-8.5億年前登陸【10】增加了大氣中的遊離氧。
大量植物登陸，使得地球光合作用總量迅速飆升，大大增加了大氣中的氧氣含量。這或許可以解釋困擾達爾文的寒武紀物種大爆發問題。
在無聊的十億年這個階段，沒有太多的化石證據。我們不知道這期間地球上的生態系統發生了怎樣的變化，但根據今天地球上的生命分布，有些細菌應該滅絕了，它們占據了很小的生態位，比如鹽生細菌。
這個時候，正如上面分析的，地球上的生命應該主要是細菌和地衣、藻類等簡單植物，然後經歷了壹段時間的生物進化，直到541萬年前的寒武紀大爆發，才產生了今天幾乎所有的動物“門”。地層中寒武紀大爆發的化石證據如此明顯，令包括達爾文在內的許多生物學家感到困惑。
從地球氧氣的地質演化歷史可以看出這種趨勢。
氧地質演化史中的紅綠線是估算值的上限和下限。
所以題目中提到了五次大滅絕，當時地球進入顯生宙。植物的落地，讓地球環境更有承載能力。這時，生物進化在生成中發揮了巨大的力量，形成了各種各樣的大型動物。物種豐富度的增加使得化石證據豐富多彩、多樣化。為我們研究古生物學提供了良好的物質基礎。
好了，現在我們來看看note 1中提到的五次大滅絕。
顯生宙五次物種滅絕事件。
物種滅絕的嚴重程度取決於藍柱的高度。
下面按時間順序介紹壹下。
1，奧陶紀-誌留紀(O-S)滅絕事件
發生在奧陶紀晚期或奧陶紀與誌留紀的過渡時期，距今約4.5-4.4億年。滅絕是全球性的，49-60%的海洋屬和近85%的海洋物種滅絕。此時有大量的足綱、腕足類、外齒類、頭足類、三葉蟲、筆石、濾食性浮遊生物等動物。
有幾個可能的原因。
壹、地球冰期——早古生代大冰期，又稱安第斯-撒哈拉冰期。
這是目前最廣為接受的說法[11]。4.2億年前，壹個叫做岡瓦納(南方大陸)的巨大板塊移動到了南極。冰蓋形成，然後海水凝結，地球進入間冰期後海水釋放。海平面的升降改變了氣候和生存環境，許多物種滅絕。在北非晚奧陶世地層中發現了相關地層，這些地層來自當時的南極。這些地層同時記錄了5次冰川脈沖，是強有力的地質證據。
南方大陸與南極相連。
b、伽馬射線爆發(GRB)破壞了地球的臭氧層。
2005年美國國家航空航天局和堪薩斯大學的科學家發表在《國際天體生物學雜誌》上的研究[12]認為，它可能是由壹顆極端超新星釋放的伽馬射線爆發引起的，持續了十秒鐘，嚴重破壞了臭氧層，使太陽中的紫外線到達地球，導致地面和海洋附近的大量生物死亡，從而破壞了食物鏈。同時，這壹過程可以使地球降溫，形成冰川等不利的氣候環境。
因為我的教育背景，我覺得這個想法很大，作者也明顯覺得他們的數據不是很硬，也說明這個現象至少貢獻了壹部分破壞力。
GRB
火山活動和風化阻礙了全球碳循環。
如上所述，地質學家認為火山活動會消耗大氣中的二氧化碳，這與巖石風化會掩埋壹些有機物，阻止其重新進入全球碳循環有關。簡單來說就是化石燃料形成。
二氧化碳是壹種溫室氣體，它們的減少有助於形成冰河時代，使物種滅絕。
d、金屬中毒
全球碳循環受阻後，光合生物產氧能力下降，海底沈積物中的金屬元素逃逸，使得海洋中的大部分生物滅絕。
2.晚泥盆世滅絕事件
發生在3.76-3.60億年前，分為凱爾瓦瑟事件和漢根堡事件。這壹長期的滅絕事件讓科學家們感到困惑。但沈積記錄顯示，晚泥盆世時環境發生了明顯變化，有證據表明海洋底層水體普遍缺氧。碳掩埋率飆升，底棲生物遭到破壞，尤其是在熱帶地區和珊瑚礁群落。這直接影響生物的生存，導致滅絕事件。這些變化的原因仍有爭議。
可能的原因如下
壹、外來物體(彗星或小行星)撞擊地球。
這個說法是1969提出來的，個人認為是受當時冷戰環境的影響。所以研究方向是歪斜的。不像恐龍滅絕的時候，他們找到了確切的隕石坑來證明。這壹次，他們沒有找到確切的隕石坑。
疑似阿拉莫撞擊內華達州
b、植物進化影響了全球碳循環，引發了晚古生代大冰期，又稱卡魯冰期。
泥盆紀，植物落地後維管束結構演化，使植物的高度從30厘米長到30米，高等植物代表更深更大的根，進壹步加速土壤風化，使土壤中的養分進入海洋，造成海洋富營養化，然後爆發藻華，導致海洋物種減少，全球缺氧，氣溫下降，環境進壹步惡化危及陸地生物。
同時，陸地植物的快速生長導致了當時大氣中二氧化碳含量的快速下降，植物的快速生長也使得壹些植物作為化石燃料(石油)被埋在地下，沒有辦法重新進入碳循環。大氣中二氧化碳的含量從15倍減少到今天的3倍。巴西北部(靠近泥盆紀南極)的冰川沈積等證據表明，泥盆紀末期發生了廣泛的冰川活動。而這次冰川活動引發了嚴重的物種滅絕事件。
全球碳循環
受晚泥盆世滅絕事件影響的海洋生物包括腕足動物、三葉蟲、菊石、牙形刺、無顎總科和所有的盾形目魚類。然而，陸地植物和淡水生物受到的影響相對較小。
3.二疊紀-三疊紀滅絕事件
它發生在二疊紀和三疊紀之間，大約2.5億年前。滅絕物種方面，當時地球上70%的陸生脊椎動物和高達96%的海洋生物消失了，這次滅絕事件也造成了唯壹壹次昆蟲的大滅絕。生態系統完全恢復需要數百萬年，這比其他大規模滅絕事件都要長。是五次滅絕事件中最嚴重的壹次，也是迄今為止被稱為最嚴重的滅絕事件——如果按比例的話，我認為大氧化事件造成的滅絕比例應該比這次高。
對這次滅絕事件有研究的學者很多，所以猜測也比較多。
壹、行星或隕石撞擊地球
不得不吐槽，這個理論是萬靈藥，從來不缺席。這壹次他們甚至沒有發現壹個值得嚴重懷疑的隕石坑。首先，南極洲的震動石英層被用作證據。後來顯微結構證明是火山活動的產物。後來，他們發現了幾個地質年代不明的隕石坑，再次引起了嚴重的懷疑。後來他們決定借助藝術的力量，於是我們看到了壹張隕石撞擊海洋的照片。這樣壹來，這個理論的粉絲不僅可以解釋為什麽找不到隕石坑(隕石入海留下的痕跡被後來的地球活動磨掉了)，還可以解釋隕石確實造成了大滅絕。
隕石撞擊海洋。
這種想法只是在恐龍滅絕中找到了壹些確切的地質證據，在這次事件中非常不靠譜。
b、火山爆發導致遮陽，破壞陸地生態系統後導致酸雨和全球變暖，導致物種滅絕。
西伯利亞玄武巖
來自西伯利亞和中國四川峨眉山的玄武巖證據表明，地球上最嚴重的火山噴發發生在二疊紀末，尤其是西伯利亞，那裏含有20%的火山碎屑。火山噴發形成的塵雲和酸性氣溶膠阻擋了陽光，導致陸地生態系統崩潰，落下的酸雨流入海洋，導致海洋生態系統崩潰。
這個過程產生的二氧化碳也使得全球變暖，進壹步破壞了生物的生存環境。
這種說法也受到了質疑，人們懷疑這次火山爆發的威力不足以改變全球生態。
c、泛大陸的形成導致了近海生態系統的崩潰。
盤古大陸形成於二疊紀末。
東亞板塊的壹部分直到二疊紀末才與泛大陸匯聚。泛大陸的形成使世界上大多數淺水區消失，而淺水區是海洋中生物最多的地帶。這可以解釋為什麽海洋生物會大幅度減少，而陸地生物卻不太可能受到影響，這與現實相矛盾。
認為這種確定的地理現象不應該引起如此嚴重的滅絕事件。
d、可燃冰的氣化
可燃冰主要是甲烷水合物。科學家發現，碳13/碳12的比值在當時的地層中有波動。與此同時，有證據表明[13]全球氣溫在赤道附近上升了約6°C，在更高緯度地區上升更多。
導致溫室效應的氣體主要是甲烷和二氧化碳。全球變暖破壞了地球的生態系統，引發了悲劇性的物種滅絕。
這個理論可以解釋全球變暖，但要讓大氣中的甲烷快速消失並不容易。
e、海洋缺氧硫化
這有點像坎菲爾德的海洋理論。地質證據顯示，二疊紀晚期海洋缺氧，海底硫化物逃逸。海水中產生的硫化氫被排放到大氣中，危害了全球生物系統和臭氧層。紫外線進壹步傷害了全球生物，從而導致物種滅絕。在二疊紀晚期淺水地層中發現了大量綠硫細菌存在的證據，可以支持這壹猜想。
這個猜想的好處是可以解釋植物的大規模滅絕，會增加甲烷的含量，否則植物應該在二氧化碳含量高的環境中茂盛生長。二疊紀末的孢子化石進壹步支持了這壹理論。大部分形狀異常，可能受過紫外線照射。
4.三疊紀-侏羅紀滅絕事件(TR–J)
它發生在大約2億年前，這次滅絕事件的影響遍及陸地和海洋。在海洋生物中，20%的科已經消失，包括著名的牙形刺，許多大型鱷魚，大多數獸腳亞目動物，以及許多大型兩棲動物。三疊紀-侏羅紀滅絕事件使當時至少50%的物種消失。這壹滅絕事件造成了陸地上的生態位空缺，使得恐龍成為侏羅紀的陸地優勢動物。滅絕事件發生在盤古大陸分裂之前，持續時間不到壹萬年。這次滅絕事件造成了三疊紀恐龍和侏羅紀恐龍的明顯區別。
這次滅絕事件的可能原因如下
a、外星人、小行星或彗星撞擊地球。
傳統上，這次並沒有發現相應的隕石坑，但這個想法與物種滅絕有著不解之緣。每次物種滅絕都會有人堅持說地球被撞了。幾個可疑的隕石坑要麽太小，要麽年齡太大。
b、火山持續噴發，造成極端氣候。
大西洋中部巖漿區的大致位置
坎普是世界上最大的火成巖省，面積約11000000公裏。坎普火山的噴發發生在約20.65438億年前，持續了約60萬年。火山爆發釋放二氧化碳或二氧化硫和氣溶膠，會導致強烈的全球變暖(來自前者)或制冷(來自後者)。
這可能導致了地球環境的劇烈變化和物種的大量滅絕。
C.自然演變過程引起的氣候變化
歐洲的地質結構似乎表明，海平面在晚三疊世下降，在早侏羅世上升。雖然海平面下降有時被認為是海洋滅絕的罪魁禍首，但證據並不確鑿，因為地質歷史上的許多海平面下降都與滅絕的增加無關。然而，仍然有壹些證據表明，海洋生物受到與海平面下降有關的次級過程的影響，如氧合減少(由於循環不良)或酸化增加。這些過程似乎並沒有遍布全球，但它們可以解釋歐洲海洋動物的局部滅絕。這不足以解釋全球滅絕現象。
後來的研究指出，到三疊紀末，幹旱的趨勢明顯加劇。雖然像格陵蘭和澳大利亞這樣的高緯度地區實際上已經變得潮濕，但地質證據表明，世界上大部分地區的氣候變化更加劇烈。證據包括碳酸鹽和蒸發巖沈積的增加(在幹燥氣候下最豐富)和煤沈積的減少(主要形成於潮濕環境)。此外，氣候可能變得更加季節性，長期幹旱被嚴重的季風打斷。
但這些都不能完美解釋物種滅絕。
5.白堊紀-古近紀滅絕事件(K-Pg)
它發生在6600萬年前，也被稱為白堊紀-第三紀滅絕事件(簡稱K-T滅絕)，俗稱恐龍滅絕。在這次大滅絕中，幾乎所有的大型陸生脊椎動物都滅絕了，只有鳥類和壹些能藏在水中或洞穴中的生物存活了下來。所以陸地生態位幾乎是空的，為哺乳動物占據地球提供了條件。
雖然我壹直在說行星大滅絕，但是壹般認為這次大滅絕的原因是小行星撞擊了地球，科學家在地層交界處發現了大量的銥。
位於美國科羅拉多州25號州際公路附近。紅色箭頭是白堊紀-古近紀界線(因富含銥而聞名)
科學家人工制造了壹個直徑為10公裏的行星碎片，它在6500萬年前撞擊了墨西哥尤卡坦半島，形成了希克蘇魯伯隕石坑。隕石撞擊形成了覆蓋天空的灰塵和硫酸氣溶膠。這導致陸生生物光合作用受阻，氣溶膠以酸雨的形式降落在海洋中，導致海洋酸化嚴重。
藝術家對行星碰撞場景的描繪。
然而，仍然有許多理論挑戰這壹猜想，如海平面下降暴露大陸架和海洋生物的部分滅絕。在陸地上，由於被子植物進化導致食物匱乏，恐龍滅絕了。
這需要科學家進壹步研究。
目前的研究沒有特別硬的數據讓大家信服。在現代科學中，我們對生態學這壹宏觀學科的理解並不透徹，甚至連全球變暖這樣簡單的問題都極具爭議。如果生態學進壹步發展，我覺得可以從更系統的層面來討論大滅絕。我只提到了目前學術界比較知名的滅絕事件，沒有深入討論。但是我覺得顯生宙之前的物種進化也很有意思。經歷過的滅絕事件不會少。