你是否曾好奇，是什么讓地球歷史上的五次“大滅絕”導致超過75%的海洋物種消失？是什么引發了這樣的生態災難？如今，科學家們正在揭開謎底——活性氧（ROS），或許就是這一切背后的關鍵“殺手”。

在過去5億年的地球歷史中，五次“大滅絕”事件（“Big Five”）深刻重塑了生態格局。這些事件通常由火山活動、氣候劇變或小行星撞擊觸發，并導致全球變暖、海洋缺氧或酸化等災難性后果。然而，驅使這些壓力最終導致生物大規模死亡的機制卻一直未被完全闡明。中國地質大學(武漢)的研究人員提出，活性氧可能是連接環境壓力與生物體應激反應的“致命紐帶”（圖1）。相關成果發表于Science Bulletin 2025年第9期。

圖1 活性氧：貫穿地球歷史與未來的大滅絕致命鏈條中被忽視的關鍵一環

活性氧：從壓力信號到“終極殺手”

活性氧是自然界中常見的分子，包括超氧陰離子（O2??）、過氧化氫（H2O2）、羥基自由基（?OH）等。當環境條件發生劇變時，生物體內外的ROS水平會顯著增加。

在適量范圍內，ROS是一把“雙刃劍”。它可以作為信號分子調節基因表達，幫助生物適應壓力；但當ROS水平超過生物的生理閾值時，便會對細胞造成破壞：氧化膜脂、變性蛋白、損傷DNA和RNA，甚至引發細胞死亡。這種細胞層面的破壞，逐步擴展到器官、個體，甚至整個群落，最終導致大量物種的死亡。

更令人擔憂的是，ROS的危害不止于此。它還能通過影響繁殖和發育過程，將危機延續到未來世代，進一步放大物種滅絕的范圍和深度。

為什么有的生物“挺過來了”？

并非所有生物都對活性氧束手無策。那些在大滅絕事件中存活下來的生物往往具備一些關鍵適應策略：（1）“避難帶”生存。部分生物藏身于較少受影響的區域，避免產生過高的胞內ROS。（2）“適者生存”。一些物種在環境壓力下進化成體型更小、生長周期更短的物種，通過快速繁殖，在ROS引發嚴重損害前完成生命周期。另外，一些物種通過遺傳或生理進化，進化出更強的抗氧化能力，從而提高存活率。

從過去到未來：ROS研究的意義

活性氧的研究不僅幫助我們理解地球歷史上的大滅絕，還為應對當代和未來的生物危機提供了新視角。面對當前的第六次生物多樣性危機，我們可以從以下幾個方向深入探索：

構建歷史數據庫： 梳理地質歷史中環境壓力與ROS水平的關系，揭示物種滅絕背后的因果鏈條。

現代實驗模擬：使用先進技術重現大滅絕時的環境條件，探索ROS水平對生物的直接影響。

地質證據挖掘： 研究保存在地質記錄中的ROS痕跡，追蹤其在歷史事件中的作用。

生物進化的關聯： 探索ROS如何通過增加突變率或選擇壓力驅動生物進化與適應。

應對策略研究：開發調控ROS水平的生態修復手段，如利用ROS代謝微生物，減輕環境壓力對生態系統的破壞。

【了解更多】

Man Tong, Xuejun Guo, Songhu Yuan*, Zhong-Qiang Chen, Genming Luo, Haijun Song*, Shucheng Xie. Reactive oxygen species: the last link in the mass extinction killing chain. Science Bulletin, 2025, 70(9): 1398-1401

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來源: 《中國科學》雜志社