古老的藻海森林颠覆了我们关于海洋的认识

这是一块3200万年前的化石海带基部的X射线重建图，用不同颜色分别表示基部(橙色)、基部(黄色)和附着其上的双壳类贝壳(蓝色)。图片来源:Dula Parkinson/先进光源，劳伦斯伯克利国家实验室

太平洋沿岸独特的海底海带森林支撑着多样化的生态系统，人们认为这个生态系统在过去1400万年间与海带一起进化。

但一项新的研究表明，早在3200万年前，西北海岸附近就已经出现了海藻，比现代海洋哺乳动物、海胆、鸟类和双壳类动物的出现要早得多，而它们如今正是这片森林的主人。

这是一块3200万年前的化石，上面有藤壶和藤壶上长出的指状枝条。图片来源:Steffen Kiel

这些沿海海藻森林的年龄比现在大得多，它们是水獭、海狮、海豹以及许多鸟类、鱼类和甲壳类动物的丰富生态系统，这意味着它们可能是古代一种现已灭绝的哺乳动物——双齿兽的主要食物来源。这种体型与河马相当的食草动物被认为与今天的海牛、海牛和它们的陆地亲戚大象有关。

“人们最初说，'我们认为1400万年前之前那里没有海藻，因为与现代海藻森林相关的生物当时还不存在。'”加州大学伯克利分校综合生物学教授、古植物学家辛迪·卢伊(Cindy Looy)说道。“现在，我们证明海带确实存在，只是与它们相关的所有生物都不存在。这并不奇怪，因为首先需要整个系统的基础，然后才能显现出其他一切。”

该时间表描绘了太平洋沿岸海带森林和相关生物在过去3200万年的进化历程，以及水温的变化。黑色条形表示现代复杂海藻生态系统的成员——海獭、鲍鱼、海胆以及直到最近才灭绝的海牛。绿色条形表示早期海藻床中现已灭绝的成员，包括双齿兽和企鹅状的plotopterids。图片来源:Steffen Kiel和Cindy Looy

本周《美国国家科学院院刊》报道了海藻森林更古老的证据，这些证据来自新发现的海藻固着器化石——海藻的根状部分，用于将其固定在海底岩石或岩石生物上。茎或茎干附着在固着器上，支撑叶片，叶片通常漂浮在水中，这要归功于气囊。

卢伊的同事斯特芬·基尔(Steffen Kiel)将这些仍然抓住蛤蜊并包裹着藤壶和蜗牛的化石定年于3210万年前，即新生代中期，从6600万年前一直延续至今。已知最古老的石莼化石由一个气囊和一个类似于现代石莼的叶片组成，可追溯到1400万年前，现收藏于加州大学古生物博物馆(UCMP)。

论文的主要作者、斯德哥尔摩瑞典自然历史博物馆资深策展人基尔(Kiel)表示:"我们的固着器为海带是神秘海洋哺乳动物——海牛目动物的食物来源提供了有力证据。“这是新生代哺乳动物中唯一在新生代灭绝的物种。人们一直认为海带是这些河马大小的海洋哺乳动物的食物来源，但缺乏实际证据。我们的固着物表明海带是可能的候选食物来源。

根据论文资深作者、加州大学马普分校古植物学馆长基尔和卢伊的说法，这些早期的海藻森林可能不如大约1400万年前演化的森林复杂。太平洋沿岸晚新生代化石表明，当时双壳类动物(蛤、牡蛎和贻贝)、鸟类和海洋哺乳动物(包括海牛和海獭的灭绝熊类祖先Kolponomos)数量众多。3200万年前的化石记录中并未发现这种多样性。

“另一个启示是，化石记录再次表明，生命进化(这里指海藻森林的进化)比仅根据生物数据所估计的更为复杂，”基尔说，“化石记录表明，在过去3200万年中，许多动物出现在海藻森林中，又从海藻森林中消失，而我们今天所知的海藻森林生态系统只是在过去的几百万年中才进化而来。”

这些化石是由业余化石收藏家詹姆斯·戈德特发现的，他曾与基尔合作过。戈德特在华盛顿州奥林匹克半岛詹森溪附近的海滩上发现了四个石结核，当他将其敲开时，看到了看起来像海带和其他常见大型藻类的固着器。

专门研究无脊椎动物进化的基尔对此表示赞同，随后根据锶同位素的比例对岩石进行了年代测定。他还分析了双壳类贝壳中的氧同位素水平，以确定这些固着器生活在比现在稍温暖的水中，处于现代海藻林中的较高温度范围。

卢伊联系了劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的专职科学家Dula Parkinson，希望借助同步辐射X射线断层显微术(SRXTM)对其中一块固着器化石进行三维X射线扫描。当她查看化石的详细X射线切片时，惊讶地发现除了附着在它上面的双壳类动物外，在固着器中还隐藏着藤壶、蜗牛、贻贝和微小的单细胞有孔虫。

然而，卢伊指出，在3200万年前的化石固着器中发现的无脊椎动物种类并不像今天海带固着器中的种类那样丰富。

“这些固着物绝对没有你现在去海藻生态系统看到的那么丰富，”Looy说，“这些生态系统中生物的多样化还没有开始。”

基尔和卢伊计划对化石进行进一步研究，以了解它们揭示的北太平洋海带生态系统演变的线索，以及这一演变与海洋气候系统变化的关系。

编译自/scitechdaily