80多種遠(yuǎn)古海洋生物化石 訴說3億年前生物礁的秘密往事

3.85億年前的中泥盆世，在現(xiàn)今的貴州獨(dú)山大河口地質(zhì)公園下，曾有一片溫暖的淺海，那里聚集著各種海洋生靈，在礁石中穿梭往來......

這是一個(gè)風(fēng)平浪靜的日子，碧藍(lán)的海水輕輕拍打著沙灘，距離海岸線不遠(yuǎn)處，是一片綿延上千公里的龐大生物礁體系。

潛入水下，就像是置身于海底總動(dòng)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(qū)的雞窩寨。“3.85億年前的中泥盆世，在貴州獨(dú)山的大河口雞窩寨地區(qū)，曾有一片溫暖的淺海，孕育了種類豐富的生物。”中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所副研究員梁昆告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

8月中旬，中、英學(xué)者在國際地質(zhì)學(xué)期刊《三古》上發(fā)表論文稱，他們?cè)陔u窩寨生物礁化石群中，新發(fā)現(xiàn)80多種遠(yuǎn)古海洋生物化石。

中泥盆世的生物礁有什么特點(diǎn)，這個(gè)時(shí)期的物種間生態(tài)關(guān)系還有哪些未解之謎?雞窩寨生物礁的最新研究揭開了這一時(shí)期生物間哪些生態(tài)關(guān)系?作為此次研究的帶頭人之一，梁昆9月7日接受了記者采訪，講述了這項(xiàng)研究的重要進(jìn)展。

泥盆紀(jì)地球迎來生命演化重要階段

站在群山環(huán)繞的貴州獨(dú)山大河口地質(zhì)公園，腳下的這片土地，經(jīng)過數(shù)億年的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，已是滄海桑田、海枯石爛。

在4.19億—3.58億年前的泥盆紀(jì)，地球迎來了生命演化的重要階段。這一時(shí)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(dòng)物除珊瑚、腕足類和層孔蟲等繼續(xù)繁盛外，還出現(xiàn)了原始的菊石。脊椎動(dòng)物中魚類空前發(fā)展，讓泥盆紀(jì)獲得“魚類時(shí)代”之稱。到了泥盆紀(jì)晚期，原始兩棲類動(dòng)物開始出現(xiàn)。

我們?cè)賹⒛抗廪D(zhuǎn)移到華南地區(qū)，那時(shí)，這里還是一片海洋。當(dāng)時(shí)地球的海洋中發(fā)育了生命起源以來最大規(guī)模的后生動(dòng)物礁體系。全球共有12個(gè)長(zhǎng)度達(dá)1500公里以上的巨型生物礁帶，而華南地區(qū)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游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(fā)育了顯生宙以來最大規(guī)模的后生動(dòng)物礁體系。

生物礁包含海洋中最為復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng)，也是地球生命演化中最為重要的基因?qū)殠?，擁有最高?jí)別的物種多樣性、生境多樣性、群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性。

從吉維特中晚期開始,后生動(dòng)物礁的規(guī)模迅速減少,到弗拉期末，后生動(dòng)物生物礁生態(tài)系統(tǒng)徹底崩潰。經(jīng)過數(shù)億年的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)古的生物礁保存狀況不盡相同。幸運(yùn)的是，我國華南地區(qū)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(dāng)?shù)鬲?dú)特的地形地貌與氣候條件有一定的關(guān)聯(lián)。

“3.85億年前，華南是一片淺海臺(tái)地，可以理解成‘海中的高原’，這里深度較淺、形狀平坦、風(fēng)浪不大，適合海洋動(dòng)物生存。”梁昆說，特殊的埋藏特征與地質(zhì)構(gòu)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(xué)家才有足夠的原位樣本開展遠(yuǎn)古時(shí)期生物礁的生態(tài)統(tǒng)計(jì)與復(fù)原工作。

不同物種間經(jīng)常上演“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”

今天看來，構(gòu)成生物礁的珊瑚與層孔蟲都是較為低等的動(dòng)物，但是，通過科研團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，在3億多年前，這些低等生物之間，卻也在不斷上演“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”。

過去，由于相應(yīng)的化石證據(jù)不多，這一時(shí)期生物礁的生物多樣性、生物之間的復(fù)雜生態(tài)關(guān)系以及生物礁群落的構(gòu)建等方面尚缺少較為細(xì)致的研究工作。因此，對(duì)關(guān)鍵地質(zhì)時(shí)期的生物礁及生物多樣性演化模式的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)也受到一定程度的限制。

“這次研究主要針對(duì)雞窩寨當(dāng)?shù)氐纳锝富海掳l(fā)現(xiàn)了80多種遠(yuǎn)古海洋生物化石。其化石數(shù)量之多、保存之完好、多樣性之豐富，在全國乃至世界范圍內(nèi)都名列前茅。”梁昆告訴記者。

梁昆介紹，科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用精細(xì)采樣的方法，在這一生物礁化石群中的7平方米范圍內(nèi)選取28個(gè)樣方，原位采樣665塊，制得化石薄片2804張，基于大量系統(tǒng)數(shù)據(jù)，開展了高精度的生物多樣性和群落古生態(tài)統(tǒng)計(jì)工作。

“截至目前，在雞窩寨生物礁化石群內(nèi)我們已經(jīng)識(shí)別出83種遠(yuǎn)古海洋生物，隸屬于8個(gè)門類、44個(gè)屬，包括四射珊瑚、層孔蟲、橫板珊瑚、苔蘚蟲等。”梁昆介紹說，當(dāng)時(shí)海洋中魚類也比較多，最大的魚長(zhǎng)度達(dá)到十幾米，但是因?yàn)楸４嬖颍茈y在生物礁中看到它們的化石。

通過進(jìn)一步研究，他們發(fā)現(xiàn)這一化石群不僅包含多樣化的物種，而且存在復(fù)雜的生態(tài)關(guān)系。比如，不同物種之間既會(huì)“爭(zhēng)奪地盤”，也會(huì)相互依存、共同生活，許多生物內(nèi)部常常能看到存有其他生物的骨骼，這為研究遠(yuǎn)古海洋生態(tài)提供了重要參考。

“我們研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)的生態(tài)關(guān)系主要有空間競(jìng)爭(zhēng)、共生、寄生這三種類型。”梁昆說，空間競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在珊瑚和層孔蟲為了搶奪生存空間相互排擠，往往層孔蟲占據(jù)上風(fēng);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(gè)欣欣向榮的生態(tài)系統(tǒng)中來，往往生活在層孔蟲內(nèi);但是蠕蟲也并非對(duì)誰都友好，研究發(fā)現(xiàn)它們與珊瑚相處過程中，就是典型的寄生關(guān)系，會(huì)延緩珊瑚的發(fā)育生長(zhǎng)。

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生物礁是礦產(chǎn)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?qū)殠欤彩侨祟惪碧降V產(chǎn)資源的“指路牌”。

梁昆介紹，生物礁的發(fā)育、分布和演化與造礁生物演替和氣候環(huán)境變化密切相關(guān)，泥盆紀(jì)全球范圍內(nèi)發(fā)生了20余次生物事件或環(huán)境事件，對(duì)泥盆紀(jì)生物礁生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重大影響。

比如，在中泥盆世吉維特中晚期全球范圍內(nèi)發(fā)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(fā)生了顯生宙五次生物大滅絕事件之一的F/F大滅絕事件，一些殘存的后生動(dòng)物礁也慘遭滅絕，盛極一時(shí)的珊瑚—層孔蟲后生動(dòng)物礁生態(tài)系統(tǒng)徹底崩潰。

我國的生物礁從寒武紀(jì)至今均有發(fā)育，目前所發(fā)現(xiàn)的生物礁遍及西北、西南及華北地區(qū)。其中，泥盆紀(jì)、二疊紀(jì)和新近紀(jì)時(shí)期礁體發(fā)育最盛，數(shù)目眾多。

“生物礁與油氣藏、金屬礦床不僅僅存在空間聯(lián)系，還有成因上的聯(lián)系。”梁昆說，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(shí)，古生物礁體也成為尋找礦床的重要新領(lǐng)域，已有研究證實(shí)，生物礁—白云巖化—膏鹽—油氣—金屬礦床之間有著密切的聯(lián)系。比如，在陜南地區(qū)鎮(zhèn)旬盆地泥盆紀(jì)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(tái)緣生物礁控制的典型實(shí)例。

因此，加強(qiáng)中國生物礁的發(fā)育、成因和分布規(guī)律研究具有重要的科學(xué)意義，能對(duì)促進(jìn)自然資源利用的生產(chǎn)實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。同時(shí)，社會(huì)可持續(xù)發(fā)展也會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)現(xiàn)代生物礁的保護(hù)等領(lǐng)域的深入研究。(張 曄)

關(guān)鍵詞： 遠(yuǎn)古海洋生物 生物礁