化石记录中蕴藏着了解现代海洋生态的线索

古代软体动物可以提供关于水生生态系统健康状况的关键信息。
A large group of shells on a beach. Organisms with hard, durable parts, like shells, are more likely to be preserved as fossils than organisms composed entirely of soft tissue.
具有坚硬、耐用部分(如贝壳)的生物比完全由软组织组成的生物更有可能被保存为化石。Carrie Tyler

当我们步入地球有史以来(我们所知的)第六次大灭绝阶段时,致力于保护和恢复那些植物和动物生命已消失的生态系统的生物学家可能会面临一项艰巨的任务。然而,一些海洋中的蠕虫、软体动物和螃蟹正带来希望。一项于 7 月 11 日发表在《PeerJ》杂志上的研究发现,这些类群的化石实际上与它们的物种多样性成比例地保存在化石记录中,从而为研究过去的生态系统提供了可靠的信息来源。

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在人类出现之前,关于它们外观的可靠证据很难获得,尤其是在沿海生态系统中。在人类开始监测它们的健康之前,这些地方几个世纪以来就因过度捕捞和污染而遭到破坏。这时,不起眼的软体动物可以提供帮助。

“这是古生物学中一个几十年来一直讨论的话题。人们一直在研究各种生境中的现代生态系统,以了解化石记录在多大程度上反映了那里的生物,”该研究的合著者、佛罗里达自然历史博物馆无脊椎动物古生物学主席 Michal Kowalewski 在一份声明中说。“但大多数先前的研究都关注特定类群内部的物种记录情况。我们想知道整个系统内部的类群是如何被记录的。”

主要由软组织构成的古代生物比那些具有骨骼和贝壳等更硬体部分的生物更不可能出现在化石记录中。这些更坚硬的部分也具有不同程度的厚度和强度,这主要取决于它们所属的生物以及它们所处的发育阶段。

研究人员一直将软体动物视为生态系统整体健康的代理指标,因为它们在化石记录中很常见,并且可以代表生态系统的健康状况。它们坚固的贝壳散布在海底,并显示出物种多样性和分布的模式,这可以为我们了解人类出现之前的海洋历史状态提供一个窗口

该团队表示,过去和现在的软体动物都可以用来大致推断生态系统的健康状况,部分原因在于它们是水生生态系统的骨干,就像生命体征用于指示病人的健康状况一样。然后,科学家们可以通过比较长期死亡物种的遗骸与现存物种,进行更全面的检查,并发现种群数量下降、栖息地范围变化以及入侵物种是否被引入的模式。

2021 年,欧洲科学家证明,东地中海海域的原生软体动物生物多样性由于全球变暖而几乎完全崩溃,这表明其他生物可能也在遭受苦难。

“就化石记录中的偏差而言,我们所知道的大部分内容都是基于软体动物,”合著者、内华达大学拉斯维加斯分校海洋保护古生物学家 Carrie Tyler 在一份声明中说。“我们的研究旨在确定,当包含多种生物而不仅仅是软体动物时,这些偏差是否一致。当海洋生态系统中存在蠕虫、海胆和其他所有类群时,会发生什么?”

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在这项研究中,该团队的第一步是找到一个合适的海洋生态系统,用以比较现存和化石生物,从而检查过去和现在的群落之间的差异。他们使用了北卡罗来纳州海岸附近一个相对未受改变的环境,那里有死去的动物和现存动物的骨骼遗骸。在那里,该团队从 52 个地点收集了样本,这些地点包括了支持专门生物群落的陆地和近海的各种生境

在两年时间里,该团队统计了超过 60,000 个现存和死亡的标本,代表了数百种不同的海洋无脊椎动物。与其它较软的类群相比,软体动物的厚壳在化石记录中被过度代表。然而,沙钱、珊瑚、管状蠕虫和其他非软体动物的碎片在现存和化石记录中的丰度和多样性水平上得到了更广泛的体现。

腕足动物和海星在该地区目前的物种多样性较低,部分原因是数量稀少,因此在化石记录中未被发现。过去和现在的栖息地也由不同的物种主导。例如,一种今天很常见的寄居蟹并未出现在化石记录中,但不同类群的总物种数量保持一致。

该团队表示,大多数海洋生态系统并没有完整的物种清单,而且随着一些物种的衰退和另一些物种的灭绝,现有数量正在减少。如果这些其他海洋环境能够像本研究中的北卡罗来纳州一样被存档,研究人员将有一个基线来评估这些群落的长期生存能力。

“尽管动物的保存状况存在差异,但我们可以将整个化石组合体视为特定地点的过去图景,”Tyler 说。“通过将其与现存群落进行比较,我们可以看到生态系统发生了多大的变化,并根据这些变化来决定最佳的保护策略。”

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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