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80多种远古海洋生物 诉说3亿年前生物礁的秘密往事

来源:科技日报2020-09-16 09:20

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  3.85亿年前的中泥盆世,在现今的贵州独山大河口地质公园下,曾有一片温暖的浅海,那里聚集着各种海洋生灵,在礁石中穿梭往来......

  这是一个风平浪静的日子,碧蓝的海水轻轻拍打着沙滩,距离海岸线不远处,是一片绵延上千公里的庞大生物礁体系。

  潜入水下,就像是置身于海底总动员的世界,一簇簇随着海浪翩翩起舞的珊瑚和层孔虫,招手打着招呼,各种海洋生灵在礁石中穿梭往来、生息不止……

  这不是著名的澳大利亚大堡礁,而是我国华南地区的鸡窝寨。“3.85亿年前的中泥盆世,在贵州独山的大河口鸡窝寨地区,曾有一片温暖的浅海,孕育了种类丰富的生物。”中国科学院南京地质古生物研究所副研究员梁昆告诉科技日报记者。

  8月中旬,中、英学者在国际地质学期刊《三古》上发表论文称,他们在鸡窝寨生物礁化石群中,新发现80多种远古海洋生物化石。

  中泥盆世的生物礁有什么特点,这个时期的物种间生态关系还有哪些未解之谜?鸡窝寨生物礁的最新研究揭开了这一时期生物间哪些生态关系?作为此次研究的带头人之一,梁昆9月7日接受了记者采访,讲述了这项研究的重要进展。

  泥盆纪地球迎来生命演化重要阶段

  站在群山环绕的贵州独山大河口地质公园,脚下的这片土地,经过数亿年的地质运动,已是沧海桑田、海枯石烂。

  在4.19亿—3.58亿年前的泥盆纪,地球迎来了生命演化的重要阶段。这一时期,陆地上裸蕨类植物开始繁茂,海洋中更是精彩纷呈:无脊椎动物除珊瑚、腕足类和层孔虫等继续繁盛外,还出现了原始的菊石。脊椎动物中鱼类空前发展,让泥盆纪获得“鱼类时代”之称。到了泥盆纪晚期,原始两栖类动物开始出现。

  我们再将目光转移到华南地区,那时,这里还是一片海洋。当时地球的海洋中发育了生命起源以来最大规模的后生动物礁体系。全球共有12个长度达1500公里以上的巨型生物礁带,而华南地区就是其中之一。

  “鸡窝寨生物礁的多样性程度堪比今天全球旅游爱好者向往的澳大利亚大堡礁。”梁昆介绍,在中泥盆世吉维特期,地球海洋中发育了显生宙以来最大规模的后生动物礁体系。

  生物礁包含海洋中最为复杂多样的生态系统,也是地球生命演化中最为重要的基因宝库,拥有最高级别的物种多样性、生境多样性、群落结构和功能多样性。

  从吉维特中晚期开始, 后生动物礁的规模迅速减少, 到弗拉期末,后生动物生物礁生态系统彻底崩溃。经过数亿年的地质运动,远古的生物礁保存状况不尽相同。幸运的是,我国华南地区的生物礁得到较好的保存,包括广西、贵州和湖南,比较著名的有广西南丹大厂龙头山生物礁、贵州布寨生物礁、湖南新邵巨口铺生物礁等,这与当地独特的地形地貌与气候条件有一定的关联。

  “3.85亿年前,华南是一片浅海台地,可以理解成‘海中的高原’,这里深度较浅、形状平坦、风浪不大,适合海洋动物生存。”梁昆说,特殊的埋藏特征与地质构造背景使得这些生物化石被良好地保存了下来。也正因如此,科学家才有足够的原位样本开展远古时期生物礁的生态统计与复原工作。

  不同物种间经常上演“战争与和平”

  今天看来,构成生物礁的珊瑚与层孔虫都是较为低等的动物,但是,通过科研团队的研究发现,在3亿多年前,这些低等生物之间,却也在不断上演“战争与和平”。

  过去,由于相应的化石证据不多,这一时期生物礁的生物多样性、生物之间的复杂生态关系以及生物礁群落的构建等方面尚缺少较为细致的研究工作。因此,对关键地质时期的生物礁及生物多样性演化模式的进一步认识也受到一定程度的限制。

  “这次研究主要针对鸡窝寨当地的生物礁化石群,新发现了80多种远古海洋生物化石。其化石数量之多、保存之完好、多样性之丰富,在全国乃至世界范围内都名列前茅。”梁昆告诉记者。

  梁昆介绍,科研团队运用精细采样的方法,在这一生物礁化石群中的7平方米范围内选取28个样方,原位采样665块,制得化石薄片2804张,基于大量系统数据,开展了高精度的生物多样性和群落古生态统计工作。

  “截至目前,在鸡窝寨生物礁化石群内我们已经识别出83种远古海洋生物,隶属于8个门类、44个属,包括四射珊瑚、层孔虫、横板珊瑚、苔藓虫等。”梁昆介绍说,当时海洋中鱼类也比较多,最大的鱼长度达到十几米,但是因为保存原因,很难在生物礁中看到它们的化石。

  通过进一步研究,他们发现这一化石群不仅包含多样化的物种,而且存在复杂的生态关系。比如,不同物种之间既会“争夺地盘”,也会相互依存、共同生活,许多生物内部常常能看到存有其他生物的骨骼,这为研究远古海洋生态提供了重要参考。

  “我们研究发现,当时的生态关系主要有空间竞争、共生、寄生这三种类型。”梁昆说,空间竞争主要体现在珊瑚和层孔虫为了抢夺生存空间相互排挤,往往层孔虫占据上风;珊瑚虫、层孔虫又可友好相处、共栖共生在一起;蠕虫也加入到这个欣欣向荣的生态系统中来,往往生活在层孔虫内;但是蠕虫也并非对谁都友好,研究发现它们与珊瑚相处过程中,就是典型的寄生关系,会延缓珊瑚的发育生长。

  延伸阅读

  生物礁是矿产资源的“指路牌”

  生物礁不仅是地球生命演化最为重要的基因宝库,也是人类勘探矿产资源的“指路牌”。

  梁昆介绍,生物礁的发育、分布和演化与造礁生物演替和气候环境变化密切相关,泥盆纪全球范围内发生了20余次生物事件或环境事件,对泥盆纪生物礁生态系统产生了重大影响。

  比如,在中泥盆世吉维特中晚期全球范围内发生了一次重要的灭绝事件,这次事件带来全球海平面的快速上升,造成了生物礁的衰落。其中,约有50%的四射珊瑚和横板珊瑚属消失,以及约16%的层孔虫属灭绝。全球多条生物礁带也开始消退。

  到了晚泥盆世弗拉期和法门期之交,全球发生了显生宙五次生物大灭绝事件之一的F/F大灭绝事件,一些残存的后生动物礁也惨遭灭绝,盛极一时的珊瑚—层孔虫后生动物礁生态系统彻底崩溃。

  我国的生物礁从寒武纪至今均有发育,目前所发现的生物礁遍及西北、西南及华北地区。其中,泥盆纪、二叠纪和新近纪时期礁体发育最盛,数目众多。

  “生物礁与油气藏、金属矿床不仅仅存在空间联系,还有成因上的联系。”梁昆说,近几年,我国南海北部大陆架上礁型油气藏的勘探成果显示了生物礁油气藏勘探的巨大潜力。同时,古生物礁体也成为寻找矿床的重要新领域,已有研究证实,生物礁—白云岩化—膏盐—油气—金属矿床之间有着密切的联系。比如,在陕南地区镇旬盆地泥盆纪地层中的层控型铅锌矿床和广西大厂锡石—多金属硫化物矿床,就是受碳酸盐台缘生物礁控制的典型实例。

  因此,加强中国生物礁的发育、成因和分布规律研究具有重要的科学意义,能对促进自然资源利用的生产实践提供理论指导。同时,社会可持续发展也会进一步推动现代生物礁的保护等领域的深入研究。

  (记者 张 晔)

[ 责编:涂子怡 ]
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