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80多種遠古海洋生物 訴説3億年前生物礁的秘密往事
2020-09-16 07:49:31 來源: 科技日報
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  3.85億年前的中泥盆世,在現今的貴州獨山大河口地質公園下,曾有一片溫暖的淺海,那裏聚集著各種海洋生靈,在礁石中穿梭往來......

  這是一個風平浪靜的日子,碧藍的海水輕輕拍打著沙灘,距離海岸線不遠處,是一片綿延上千公裏的龐大生物礁體係。

  潛入水下,就像是置身于海底總動員的世界,一簇簇隨著海浪翩翩起舞的珊瑚和層孔蟲,招手打著招呼,各種海洋生靈在礁石中穿梭往來、生息不止……

  這不是著名的澳大利亞大堡礁,而是我國華南地區的雞窩寨。“3.85億年前的中泥盆世,在貴州獨山的大河口雞窩寨地區,曾有一片溫暖的淺海,孕育了種類豐富的生物。”中國科學院南京地質古生物研究所副研究員梁昆告訴科技日報記者。

  8月中旬,中、英學者在國際地質學期刊《三古》上發表論文稱,他們在雞窩寨生物礁化石群中,新發現80多種遠古海洋生物化石。

  中泥盆世的生物礁有什麼特點,這個時期的物種間生態關係還有哪些未解之謎?雞窩寨生物礁的最新研究揭開了這一時期生物間哪些生態關係?作為此次研究的帶頭人之一,梁昆9月7日接受了記者採訪,講述了這項研究的重要進展。

  泥盆紀地球迎來生命演化重要階段

  站在群山環繞的貴州獨山大河口地質公園,腳下的這片土地,經過數億年的地質運動,已是滄海桑田、海枯石爛。

  在4.19億—3.58億年前的泥盆紀,地球迎來了生命演化的重要階段。這一時期,陸地上裸蕨類植物開始繁茂,海洋中更是精彩紛呈:無脊椎動物除珊瑚、腕足類和層孔蟲等繼續繁盛外,還出現了原始的菊石。脊椎動物中魚類空前發展,讓泥盆紀獲得“魚類時代”之稱。到了泥盆紀晚期,原始兩棲類動物開始出現。

  我們再將目光轉移到華南地區,那時,這裏還是一片海洋。當時地球的海洋中發育了生命起源以來最大規模的後生動物礁體係。全球共有12個長度達1500公裏以上的巨型生物礁帶,而華南地區就是其中之一。

  “雞窩寨生物礁的多樣性程度堪比今天全球旅遊愛好者向往的澳大利亞大堡礁。”梁昆介紹,在中泥盆世吉維特期,地球海洋中發育了顯生宙以來最大規模的後生動物礁體係。

  生物礁包含海洋中最為復雜多樣的生態係統,也是地球生命演化中最為重要的基因寶庫,擁有最高級別的物種多樣性、生境多樣性、群落結構和功能多樣性。

  從吉維特中晚期開始, 後生動物礁的規模迅速減少, 到弗拉期末,後生動物生物礁生態係統徹底崩潰。經過數億年的地質運動,遠古的生物礁保存狀況不盡相同。幸運的是,我國華南地區的生物礁得到較好的保存,包括廣西、貴州和湖南,比較著名的有廣西南丹大廠龍頭山生物礁、貴州布寨生物礁、湖南新邵巨口鋪生物礁等,這與當地獨特的地形地貌與氣候條件有一定的關聯。

  “3.85億年前,華南是一片淺海臺地,可以理解成‘海中的高原’,這裏深度較淺、形狀平坦、風浪不大,適合海洋動物生存。”梁昆説,特殊的埋藏特徵與地質構造背景使得這些生物化石被良好地保存了下來。也正因如此,科學家才有足夠的原位樣本開展遠古時期生物礁的生態統計與復原工作。

  不同物種間經常上演“戰爭與和平”

  今天看來,構成生物礁的珊瑚與層孔蟲都是較為低等的動物,但是,通過科研團隊的研究發現,在3億多年前,這些低等生物之間,卻也在不斷上演“戰爭與和平”。

  過去,由于相應的化石證據不多,這一時期生物礁的生物多樣性、生物之間的復雜生態關係以及生物礁群落的構建等方面尚缺少較為細致的研究工作。因此,對關鍵地質時期的生物礁及生物多樣性演化模式的進一步認識也受到一定程度的限制。

  “這次研究主要針對雞窩寨當地的生物礁化石群,新發現了80多種遠古海洋生物化石。其化石數量之多、保存之完好、多樣性之豐富,在全國乃至世界范圍內都名列前茅。”梁昆告訴記者。

  梁昆介紹,科研團隊運用精細採樣的方法,在這一生物礁化石群中的7平方米范圍內選取28個樣方,原位採樣665塊,制得化石薄片2804張,基于大量係統數據,開展了高精度的生物多樣性和群落古生態統計工作。

  “截至目前,在雞窩寨生物礁化石群內我們已經識別出83種遠古海洋生物,隸屬于8個門類、44個屬,包括四射珊瑚、層孔蟲、橫板珊瑚、苔蘚蟲等。”梁昆介紹説,當時海洋中魚類也比較多,最大的魚長度達到十幾米,但是因為保存原因,很難在生物礁中看到它們的化石。

  通過進一步研究,他們發現這一化石群不僅包含多樣化的物種,而且存在復雜的生態關係。比如,不同物種之間既會“爭奪地盤”,也會相互依存、共同生活,許多生物內部常常能看到存有其他生物的骨骼,這為研究遠古海洋生態提供了重要參考。

  “我們研究發現,當時的生態關係主要有空間競爭、共生、寄生這三種類型。”梁昆説,空間競爭主要體現在珊瑚和層孔蟲為了搶奪生存空間相互排擠,往往層孔蟲佔據上風;珊瑚蟲、層孔蟲又可友好相處、共棲共生在一起;蠕蟲也加入到這個欣欣向榮的生態係統中來,往往生活在層孔蟲內;但是蠕蟲也並非對誰都友好,研究發現它們與珊瑚相處過程中,就是典型的寄生關係,會延緩珊瑚的發育生長。

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  生物礁是礦産資源的“指路牌”

  生物礁不僅是地球生命演化最為重要的基因寶庫,也是人類勘探礦産資源的“指路牌”。

  梁昆介紹,生物礁的發育、分布和演化與造礁生物演替和氣候環境變化密切相關,泥盆紀全球范圍內發生了20余次生物事件或環境事件,對泥盆紀生物礁生態係統産生了重大影響。

  比如,在中泥盆世吉維特中晚期全球范圍內發生了一次重要的滅絕事件,這次事件帶來全球海平面的快速上升,造成了生物礁的衰落。其中,約有50%的四射珊瑚和橫板珊瑚屬消失,以及約16%的層孔蟲屬滅絕。全球多條生物礁帶也開始消退。

  到了晚泥盆世弗拉期和法門期之交,全球發生了顯生宙五次生物大滅絕事件之一的F/F大滅絕事件,一些殘存的後生動物礁也慘遭滅絕,盛極一時的珊瑚—層孔蟲後生動物礁生態係統徹底崩潰。

  我國的生物礁從寒武紀至今均有發育,目前所發現的生物礁遍及西北、西南及華北地區。其中,泥盆紀、二疊紀和新近紀時期礁體發育最盛,數目眾多。

  “生物礁與油氣藏、金屬礦床不僅僅存在空間聯係,還有成因上的聯係。”梁昆説,近幾年,我國南海北部大陸架上礁型油氣藏的勘探成果顯示了生物礁油氣藏勘探的巨大潛力。同時,古生物礁體也成為尋找礦床的重要新領域,已有研究證實,生物礁—白雲岩化—膏鹽—油氣—金屬礦床之間有著密切的聯係。比如,在陜南地區鎮旬盆地泥盆紀地層中的層控型鉛鋅礦床和廣西大廠錫石—多金屬硫化物礦床,就是受碳酸鹽臺緣生物礁控制的典型實例。

  因此,加強中國生物礁的發育、成因和分布規律研究具有重要的科學意義,能對促進自然資源利用的生産實踐提供理論指導。同時,社會可持續發展也會進一步推動現代生物礁的保護等領域的深入研究。(記者 張 曄)

【糾錯】 責任編輯: 周楚卿
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