3.7亿年前的泥盆纪晚期,华南地区还是一片海洋,碧蓝的海水轻轻拍打着沙滩,距离海岸线不远处,是大大小小的生物礁体系。

潜入水下,就像是置身于海底总动员的世界,在一簇簇翩翩起舞的珊瑚和层孔虫礁石中,各种海洋生灵穿梭往来、生息不止……

但是,这个空前繁盛的生物礁很快就迎来灭顶之灾:随着全球气候变冷,导致海平面下降,大量生物礁露出水面,迅速死亡,而这仅仅是泥盆纪生物大灭绝的开端。

那么,这些生物礁恢复生机、重现繁荣用了多久?3亿多年前的生物大灭绝给了人类什么启示?科技日报记者12月14日从中国科学院南京地质古生物研究所获悉,该所晚古生代研究团队要乐副研究员与中外学者合作,用大量中国标本见证了晚泥盆世生物大灭绝后生物礁复苏演化过程,成果分别登上国际期刊《地球科学评论》《三古》和《Geological Journal》。

甘肃、广西两处标本还原生物礁重生之路

在3.85亿—3.71亿年前的泥盆纪中晚期,地球迎来了生命演化的重要阶段。这一时期,海洋中发育了生命起源以来最大规模的后生动物礁体系,以层孔虫和珊瑚为主要造礁动物。但是在3.71亿年前和3.59亿年前,分别发生了两次生物灭绝事件,层孔虫—珊瑚礁生态系统随之崩溃和消失。

今天看来,构成泥盆纪生物礁的珊瑚与层孔虫都是较为低等的动物,但是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。

“为了揭示晚泥盆世生物灭绝后,中国密西西比亚纪生物礁的复苏演化过程与全球是否具有一致性,我们与国内外合作者详细研究了甘肃平川大水沟剖面前黑山组叠层石礁和广西田林甘垌子剖面都安组后生动物—微生物礁。”要乐告诉记者。

在甘肃平川大水沟剖面前黑山组叠层石中,他们发现大量的泥晶、泥粒、核形石和亮晶方解石,“这些物质都是非常细小的碳酸钙颗粒,比如泥晶直径不超过4微米,它们指示叠层石可能由微生物的黏结、捕获和钙化作用共同形成。”要乐说,这就是泥盆纪生物大灭绝后替代后生动物礁的微生物礁。

而在广西田林甘垌子剖面,也发现了丰富的礁体标本,小的几米,大的有几十米。研究显示,这些礁体的“建造者”主要是丛状复体珊瑚、横板珊瑚、泡孔苔藓虫和微生物,但珊瑚等后生动物已占据主导,微生物礁日渐式微。

“我们通过菊石、介形虫、孢粉等化石可确定位于甘肃的叠层石为杜内早期,通过有孔虫化石确定广西礁体为维宪晚期,两者相差约2300万年。”要乐说。

后生动物礁与微生物礁就像跷跷板,一方兴盛意味着另外一方衰败。泥盆纪晚期生物大灭绝导致珊瑚、层孔虫等后生动物礁崩溃,原本被挤压到角落里的微生物乘机占据浅海地盘,发展壮大自己的队伍,形成大量微生物礁。过了2300万年,地球气候变暖,后生动物再次繁盛,那些微生物成为珊瑚虫的“盘中餐”,于是局面逆转变得对后生动物有利。

珊瑚礁大量灭亡预示地球气候环境出现大问题

生物礁不仅是地球生命演化最为重要的基因宝库,也是地球气候环境变化的“警示灯”。

或许有人会说,我不去大堡礁潜水,珊瑚灭亡跟我有什么关系呢?

“通过地质古生物的研究我们知道,珊瑚礁是一种脆弱的生态系统,它对气候环境的变化非常敏感。”要乐告诉记者,珊瑚礁一旦大量灭亡,意味着海洋甚至地球气候环境出了大问题。

3亿多年前,珊瑚礁的再次繁盛主要原因来自地球升温,那时的气温比今天的气温还要高,南极地区甚至没有冰盖。那么,是否意味着我们无需担心全球变暖呢?答案是否定的。

据要乐介绍,经过数亿年的进化,今天的珊瑚虫已经与祖辈们不太一样,它们体内有许多藻类,双方互利共生。一旦全球变暖,将导致藻类大量死亡,这对休戚与共的好伙伴被拆散后,珊瑚礁也将面临崩溃厄运。同时,全球变暖会导致海水酸化,这将给敏感的珊瑚虫致命一击。

“我们这个研究发现,生物礁恢复生机不是一朝一夕的事,整整用了2300万年,而生物礁是海洋中重要的生态系统。”要乐打比方说,生物礁突出于海底,非常坚硬,可以抵御海浪冲击,为各类海洋生物提供栖息之所,“就像是建造在地面上的高楼大厦,一旦发生地震,楼房都倒了,我们人类去哪住呢?”(记者 张 晔)