有孔虫是古代海洋變遷的“史官” 告訴你地層的年齡

　　古生物組科學家金海燕博士拿到了本航次的第一管岩芯樣本。

（張蓋倫/《科技日報》）

　　此次科考航次發現的部分有孔虫

　　“它是大海裡的小巨人。”這種古老的單細胞動物，在海中出生、死亡，留下遺骨，也給人類留下了解開自然謎題的線索。本報“決心”號隨船記者為您揭開有孔虫的神秘世界。

　　我們在哪？這幾乎是大洋鑽探船“決心”號上的“每日一問”。

　　正在中國南海進行的國際大洋發現計劃（IODP） 368航次，已經在第二個站位工作了十余天。鑽管下到了海底800米處，收獲了幾十米的硬石岩芯。

　　深海之中，碳酸鈣溶解得厲害。鈣質化石缺失，岩芯年齡一直無法確定。於是，“我們在哪”這個問題，也就暫時無法在時間尺度上給出答案。

　　古生物組一直在尋覓的有孔虫，正是進行地質地層定年的標志物之一。

　　這種古老的單細胞動物，在海中出生、死亡，留下遺骨，也給人類留下了解開自然謎題的線索。

　　“它是大海裡的小巨人。”古生物組科學家、同濟大學海洋與地球科學學院博士金海燕說。

　　海洋中的隱秘“貴族”

　　在古生物學家的眼中，這些裹挾在海底岩芯中姿態各異的小東西，就像在無聲地念誦一部海洋史詩。

　　每天深夜，各種有機物浮上海面。它吸引來小魚，小魚再吸引來大魚，然后，吸引來海豚。

　　“決心”號上，晚班工作人員的一大休閑娛樂活動，就是站在甲板，向大海眺望。常有成群的海豚在附近游弋覓食。它們有時會躍出水面，帶起小小浪花，引發圍觀者的驚呼。

　　然而海洋生物學家知道，人們常挂在嘴邊的鯨魚、海豚，以及各種魚類，在海洋生物家族中，都算是“小門小戶”。

　　真正數量龐大的，還是海洋微生物。它們處在海洋食物金字塔的底部。有孔虫、放射虫、硅藻、顆石藻、甲藻，甚至真菌、細菌、古菌……都屬此類。

　　只是，對人類來說，它們實在太過低調，必須借助顯微鏡才能識別。而有孔虫，已經算是相當大個的微生物了——它們通常有零點幾個毫米。

　　活著的有孔虫，原生質分為兩層：深色的內層和薄而透明的外層。外層上，還會伸出許多絲狀觸手。外質和“觸手”分泌的殼質構成了有孔虫的外殼。

　　這外殼可就厲害了。它裡頭有多個“房間”，房間之間還有“隔板”，隔板上有孔。顯微鏡下，你可以清晰看到有孔虫殼體上的細孔。

　　有孔虫殼體雖小，但是形態各不相同。有的像珍珠，有的如同貝殼，有的呈螺旋狀……在古生物學家的眼中，這些裹挾在海底岩芯中姿態各異的小東西，就像在無聲地念誦一部海洋史詩。

　　沉積層年齡的“爆料者”

　　有孔虫的殼體貼著時代的標簽。發現它的殼體，就是發現它曾生活過的痕跡。那麼，這種有孔虫所處地層的年齡范圍也可以隨之劃定。

　　有孔虫是大海的資深居民。五億多年前的寒武紀，大海裡就有了有孔虫的身影。作為種族，有孔虫歷史悠久，擁有多個分支，目前有記載的有孔虫種類多達數萬種。

　　但作為個體，和所有微小生物一樣，有孔虫生命短暫。有孔虫分為浮游有孔虫和底棲有孔虫。顧名思義，前者喜歡水上漂，而后者喜歡土裡爬。不過，一旦死亡，浮游有孔虫便會向海底沉降。當然，更多時候，它們是被其它動物吃掉，然后和動物糞便一起，沉到海底。

　　好吧，雖然沉降的姿勢並不酷炫，但是那些歷經時間流逝留存下來的殼體，就成了一頁一頁沉積層的書簽。

　　“決心”號古生物組實驗室裡，最顯眼的，就是一幅全球地質地層年代劃分表。漸新世、始新世、中新世……這些古老的地質年代，都有對應的有孔虫“指路”。

　　古生物組科學家、中科院南京地質古生物研究所研究員李保華告訴科技日報記者，有孔虫數量眾多，而大洋連通，基因交換順暢，從漫長的地質時間尺度上來看，基本可以認為浮游有孔虫在全球出現的時間是等時的。而且，有孔虫演化速度快，每隔幾萬年或者幾十萬年，它就會變成另一種形態。對有孔虫來說，時間還真是一把無情刻刀，改變了它們模樣。但這一特點，也讓有孔虫成為古生物學家的“心頭好”。

　　“你在某地發現了宋代的瓷器，便能判定此地發展的歷史至少可以追溯到宋朝。有孔虫化石同樣能起到這樣的作用。”古生物組科學家、台灣海洋科技研究中心博士尤柏森說。

　　有孔虫的殼體，就貼著時代的標簽。一種有孔虫，可能在某個年代興盛，又在數萬年后滅亡。發現它的殼體，就是發現它曾生活過的痕跡。那麼，這種有孔虫所處地層的年齡范圍也可以隨之劃定。

　　沉積層不語，但有孔虫會說話。

　　古海洋環境變遷的忠誠“史官”

　　有孔虫殼體中鎂和鈣比值的變化，能反映它周圍環境參數的變化。地球曾經幾度冷暖，有孔虫殼體也將它訴說得明明白白。

　　不僅如此。有孔虫還能告訴人類當時的海洋環境。

　　比如，有孔虫的標志性種和標志性組合，就能定性估算海水溫度。一提到馴鹿、北極熊和北極狐，你腦海中不自覺就會浮現一派冰天雪地的極地風光﹔同樣，標志性的有孔虫及其組合，也會清晰地標示出冷水環境、暖水環境或者過渡性水體環境。

　　“看樹木年輪的疏密，你就能知道每一年的氣候狀況。日照強烈，雨量豐沛時，年輪稀疏﹔日照較少，天氣干冷，年輪致密。”金海燕說，有孔虫殼體，就是有孔虫的“年輪”。

　　根據同濟大學汪品先院士等的研究，季風驅動上升流可以導致生產力升高和溫躍層變淺。代表高生產力的浮游有孔虫相對豐度增高，生活在混合層中的淺水種有孔虫比例降低，是季風加強的重要標志。他們在南海以Neogloboquadrina dutertrei 這種有孔虫作為參照，發現它在760萬年前左右突然增加，到了320萬至200萬年前時進一步增多﹔而混合層淺水種有孔虫則在距今800萬年前急劇減少，到了距今320萬至200萬年時進一步減少，與前一種有孔虫的變化趨勢恰好吻合——這意味著，在這兩個時期，在東亞發生過兩次季風強化事件。

　　幾百萬年前的風怎麼吹，都由有孔虫記錄，它簡直是海洋環境歷史的忠誠史官。

　　而借助現代儀器，有孔虫能說的更多。

　　海水中的鎂鈣比基本是個常量，而有孔虫在生長過程中，就會吸收生活環境中海水裡的鎂和鈣，來給自己的碳酸鹽殼體“加點料”。也就是說，有孔虫殼體中鎂和鈣比值的變化，就能反映它周圍環境參數的變化。

　　李保華表示，鎂離子置換碳酸鹽中的鈣離子是一個吸熱過程，所以，如果有孔虫生活環境水體溫度升高，有孔虫殼體中的鎂含量就會增加。他也曾經做過研究，根據某種有孔虫殼體中的鎂鈣比比值，讓45萬年來南海西部表層海水古溫度的變化歷史在人們面前徐徐展開。

　　一般認為，有孔虫殼體氧同位素的組成，與其所處水體環境中的氧同位素組成有對應關系。“有孔虫殼體中氧18和氧16之比的比值高，意味著當時地球的中高緯度更為寒冷﹔反之，則更為溫暖。”李保華說。

　　地球曾經幾度冷暖，有孔虫殼體也將它訴說得明明白白。

　　“追溯地球的過去，才能更好地照亮地球的未來。”金海燕說，“知道過去，我們才會知道，現在‘我們在哪’。知道過去的氣候變化周期，我們才會知道當下的地球，是在走向‘變冷’還是‘變暖’，也能更清晰地審視，人類活動對地球所帶來的影響。”

　　當然，“決心”號上，關於“我們在哪”的追問，也依然在繼續。（記者　張蓋倫）