问题描述

现代陆地生态系统形成于白垩纪中期。它的出现也改变了能量流动和碳、磷等关键元素的循环过程，深刻影响了地球表层系统的演化进程。了解“白垩纪陆地革命”的起因、过程和动力机制是解答现代陆地生态系统起源问题的关键。

问题背景

陆地生物与所处环境共同构成了欣欣向荣、多样而复杂的地球陆地生态系统。现代陆地生态系统占地球表面总面积的约1/3，是人类生存发展的基础，也孕育了地球绝大部分生物物种。它的出现也改变了能量流动和碳、磷等关键元素的循环过程，深刻影响了地球表层系统的演化进程。现代陆地生态系统是如何起源的？这是地球和生命科学领域围绕“宜居地球”研究需要回答的一个基本科学问题。

近百年来地球的快速升温对陆地生态系统造成了巨大的生态和环境压力。陆地生态系统长期变化趋势如何？在全球变暖趋势下，其韧性有多强？其剧变乃至崩溃的生态预警事件有哪些？现在人类短时间尺度的观察记录很难回答这些问题。但地质历史中发生了多次类似的事件，为我们解答这些问题提供了直接的证据。要了解深时陆地生态系统的变化，首先需要厘清现代陆地生态系统如何以及何时出现。

最新进展（截止问题发布年度）

上世纪80、90年代，随着化石的大量发现，前苏联科学家发现白垩纪中期（1.25亿到0.8亿年前）陆地生物面貌发生了重大变化，提出“白垩纪中期生态危机”等假说。随后，英美科学家基于古生物学大数据以及分子系统学分析结果，提出“白垩纪陆地革命”等理论，并认为该事件和现代陆地生态系统的形成密切相关，其中被子植物大辐射，鸟类、哺乳类、传粉昆虫等动物类群的大发展是“白垩纪陆地革命”的几个标志性生物演化事件。而近二十年来，随着地球系统科学的发展，学界逐渐认识到现代陆地生态系统的出现不仅是一个简单的生物面貌或生物多样性剧变的生物演化事件，它更加代表了地球生物圈、岩石圈、水圈、大气圈一个相互耦合的复杂系统的剧变。

目前研究的关键难题是：

1、现代陆地生态系统的定义和特征。这需要我们全面厘清现代陆地生态系统的特征，才能归纳提出学界普遍认可的科学定义。

2、现代陆地生态系统形成的根本驱动力。白垩纪中期不仅发生了一系列生物演化事件，也是一个重要温室效应时期，同时伴随着一系列重大构造事件（大规模火成岩省、古地理格局重组等）。现代陆地生态系统的形成是生物演化的内在驱动（红皇后理论）还是地质事件导致的外在驱动（宫廷小丑理论）？这需要我们对重大生物演化事件与地质事件的关联机制有深入的理解。

3、现代陆地生态系统的出现如何影响地球表层系统。相对于更早期的陆地生态系统，现代陆地生态系统展现了更高的生产力、对气候更大的影响力、对碳、磷、氮等关键生命元素的循环更强的调节作用。解析这些影响机制需要开展多学科的交叉研究。

重要意义

解答此问题必须综合古生物学、沉积学、地球化学、分子生物学、生态学等多学科多手段方法开展系统性研究。深入了解“现代陆地生态系统起源”的过程和驱动机制也将为回答被子植物起源辐射、重要脊椎动物演化、传粉昆虫与植物协同演化等一系列重要演化问题提供解释。我国科学家有望在该领域建立多项原创性的理论。