北冰洋发现靠吃化石维生的海棉群落

日期:02-15
北冰洋海棉群落化石维生

在北冰洋的一座海底山,海星聚集在一只已死或垂死的海绵上;它的身上覆盖了一层白色的细菌毯,科学家很惊讶那里居然有数以千计的海绵。 PHOTOGRAPH COURT

在北冰洋的一座海底山,海星聚集在一只已死或垂死的海绵上;它的身上覆盖了一层白色的细菌毯,科学家很惊讶那里居然有数以千计的海绵。 PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE/ PS101 OFOBS TEAM

海绵覆盖一座海底山的表面,它们在共生菌的帮助下,以化石化的管虫为食。 PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITU

海绵覆盖一座海底山的表面,它们在共生菌的帮助下,以化石化的管虫为食。 PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE/ PS101 OFOBS TEAM

据美国国家地理(撰文:TIM VERNIMMEN编译:涂玮瑛):在北冰洋一处食物贫瘠的地方,科学家发现了一个生机勃勃的生态系。

在被冰层覆盖又离海岸线很远的北冰洋中部,海床上很难找到食物。这里离海面可达4公里以上,而当科学家在这里采集海底的岩芯标本时,通常会拉起淤泥。这些淤泥几乎了无生机,只能支持非常少量肉眼可见的生物。但在2011年,有一个岩芯标本似乎含有──最先观察到的学生是这么说的──「一头北极熊!」

德国阿佛烈.韦格纳极地与海洋研究所(Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research)的海洋生物学家安杰.波伊修斯(Antje Boetius)回忆道,看起来像白色毛发的东西是一块几乎同样令人惊奇的海绵碎片。「在这个区域,每平方公里左右大概会有一只海绵。我们当时想,能遇到一只海绵真是太巧了。」

不过,当科学家在2016年带着灯光和摄影机重返相同地点时,他们发现这处位于一座沉寂的海底火山(又称为海底山)上的区域几乎完全被海绵覆盖。有些海绵的直径超过90公分。

这项发现留给研究人员一个亟待解答的问题:这些海绵到底吃什么?波伊修斯说,在一个似乎缺乏食物的地区,「我们那时完全不清楚它们是怎么长到那种密度的」。

根据一篇在期刊《自然通讯》(Nature Communications)上刊登的新论文,原来海绵吃的是化石化的管虫(tubeworm)群体残骸,这群管虫原本生机勃勃,在曾经活跃的火山所释放的甲烷中茁壮生长。研究人员发现,共生菌会帮助海绵将这种似乎不是食物的残骸转变成养分。

这是科学家首次发现会吃化石的动物。阿姆斯特丹大学的海洋生态学家贾斯柏.德.戈伊(Jasper de Goeij)说:「海绵居然会利用其他生物无法利用的食物资源,这项发现很酷。」他并未参与该研究。「而且它证实了先前的发现,也就是与细菌共生会让觅食有很大的弹性。」

毛茸茸的山丘

波伊修斯说,在海底活火山上,活的管虫会栖息在死去个体的空心管上,一代接着一代,因此产生「毛茸茸山丘」的模样。火山活动趋于平缓时,原本被管虫转变为食物的甲烷会停止流动,导致管虫死亡。不过,它们的管状残骸会留存下来,并透过化石化作用变成几丁质和蛋白质。

德国不来梅马克斯.普朗克海洋微生物研究所的海绵专家兼第一作者泰瑞莎.摩根蒂(Teresa Morganti)说,这种共生关系让海绵能在这里生存。

挪威北极大学的海洋生态学家艾蜜莉.奥斯特姆(EmmelieÅström)说,先前研究已经显示,即使在火山沉寂下来后,火山活动史仍可能会持续影响当地生态系。她并未参与该研究。不过她也补充说:「我很惊讶在这么北边的地方有如此密集的海绵花园,这显示我们并不了解深海中存在的一切。」

海绵宝宝

海绵似乎不怎么四处移动,甚至完全不移动,它们是怎么找到这一片在北极海底山上的管虫化石自助餐的呢?阿尔弗雷德.韦格纳研究所的海洋生物学家兼共同作者奥顿.普瑟(Autun Purser)怀疑,它们是在幼虫时期抵达那里的。

「在比较南方的挪威海域有类似的海绵花园。」他说:「所以幼虫可能是从那里过来的。」有些乘着洋流漂浮的幸运幼虫一定是卡在山顶上,然后意外发现那里有丰富的食物。

当这些海绵花更多时间吃管虫化石,帮助它们消化食物的共生菌也可能随之增生。成年海绵在繁殖时会透过出芽生殖,从身体生出基因相同的海绵宝宝,把这种高度适应的微生物传给下一代。(海绵也可以进行有性生殖,但这会产生可能随洋流漂走的幼虫──生活在恶劣环境时,这是一种冒险的策略,却也是在新区域繁衍的唯一方法。)

研究团队也发现可信的证据显示,成年海绵能够移动,并会沿路留下称为骨针(spicule)的矽质骨骼部分。摩根蒂发现,它们主要往上坡处移动,这样可能更容易接触到夹带化石管虫碎片的区域性水流。往上坡处移动可能也会为下一代腾出空间,让小海绵能在比较不受水流影响的位置发育成熟。

研究人员发现,这些海绵能庇护小动物,例如虾。这些小动物或许以海绵的食物残渣为食,有时还会吃海绵。海星也会吃垂死的海绵。

不过,这种特别的生态系依靠一个灭绝群体的残骸存活,能维持多久呢?「这些海绵的代谢率非常低,」摩根蒂说:「所以我不认为它们有可能吃完这里的食物。」

更有可能对这个海绵群体产生威胁的是气候变迁,这种现象正在让北极的冰层减少,而且可能促进藻类生长。这可能使食物链变得更活跃,并导致更多食物降落在海床上。普瑟说,这件事本身不会伤害海绵,但可能会为其他动物创造机会──或许是一种生长速度较快但目前无法在这个区域生存的海绵──让它们在竞争中胜出。

「就我在这些北方地区的经验来看,」他说:「环境开始改变时,生态系可能会变得不平衡,使我们无法确定哪些动物最有可能茁壮成长。」

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