有孔虫是古代海洋变迁的“史官” 告诉你地层的年龄

　　古生物组科学家金海燕博士拿到了本航次的第一管岩芯样本。

（张盖伦/《科技日报》）

　　此次科考航次发现的部分有孔虫

　　“它是大海里的小巨人。”这种古老的单细胞动物，在海中出生、死亡，留下遗骨，也给人类留下了解开自然谜题的线索。本报“决心”号随船记者为您揭开有孔虫的神秘世界。

　　我们在哪？这几乎是大洋钻探船“决心”号上的“每日一问”。

　　正在中国南海进行的国际大洋发现计划（IODP） 368航次，已经在第二个站位工作了十余天。钻管下到了海底800米处，收获了几十米的硬石岩芯。

　　深海之中，碳酸钙溶解得厉害。钙质化石缺失，岩芯年龄一直无法确定。于是，“我们在哪”这个问题，也就暂时无法在时间尺度上给出答案。

　　古生物组一直在寻觅的有孔虫，正是进行地质地层定年的标志物之一。

　　这种古老的单细胞动物，在海中出生、死亡，留下遗骨，也给人类留下了解开自然谜题的线索。

　　“它是大海里的小巨人。”古生物组科学家、同济大学海洋与地球科学学院博士金海燕说。

　　海洋中的隐秘“贵族”

　　在古生物学家的眼中，这些裹挟在海底岩芯中姿态各异的小东西，就像在无声地念诵一部海洋史诗。

　　每天深夜，各种有机物浮上海面。它吸引来小鱼，小鱼再吸引来大鱼，然后，吸引来海豚。

　　“决心”号上，晚班工作人员的一大休闲娱乐活动，就是站在甲板，向大海眺望。常有成群的海豚在附近游弋觅食。它们有时会跃出水面，带起小小浪花，引发围观者的惊呼。

　　然而海洋生物学家知道，人们常挂在嘴边的鲸鱼、海豚，以及各种鱼类，在海洋生物家族中，都算是“小门小户”。

　　真正数量庞大的，还是海洋微生物。它们处在海洋食物金字塔的底部。有孔虫、放射虫、硅藻、颗石藻、甲藻，甚至真菌、细菌、古菌……都属此类。

　　只是，对人类来说，它们实在太过低调，必须借助显微镜才能识别。而有孔虫，已经算是相当大个的微生物了——它们通常有零点几个毫米。

　　活着的有孔虫，原生质分为两层：深色的内层和薄而透明的外层。外层上，还会伸出许多丝状触手。外质和“触手”分泌的壳质构成了有孔虫的外壳。

　　这外壳可就厉害了。它里头有多个“房间”，房间之间还有“隔板”，隔板上有孔。显微镜下，你可以清晰看到有孔虫壳体上的细孔。

　　有孔虫壳体虽小，但是形态各不相同。有的像珍珠，有的如同贝壳，有的呈螺旋状……在古生物学家的眼中，这些裹挟在海底岩芯中姿态各异的小东西，就像在无声地念诵一部海洋史诗。

　　沉积层年龄的“爆料者”

　　有孔虫的壳体贴着时代的标签。发现它的壳体，就是发现它曾生活过的痕迹。那么，这种有孔虫所处地层的年龄范围也可以随之划定。

　　有孔虫是大海的资深居民。五亿多年前的寒武纪，大海里就有了有孔虫的身影。作为种族，有孔虫历史悠久，拥有多个分支，目前有记载的有孔虫种类多达数万种。

　　但作为个体，和所有微小生物一样，有孔虫生命短暂。有孔虫分为浮游有孔虫和底栖有孔虫。顾名思义，前者喜欢水上漂，而后者喜欢土里爬。不过，一旦死亡，浮游有孔虫便会向海底沉降。当然，更多时候，它们是被其它动物吃掉，然后和动物粪便一起，沉到海底。

　　好吧，虽然沉降的姿势并不酷炫，但是那些历经时间流逝留存下来的壳体，就成了一页一页沉积层的书签。

　　“决心”号古生物组实验室里，最显眼的，就是一幅全球地质地层年代划分表。渐新世、始新世、中新世……这些古老的地质年代，都有对应的有孔虫“指路”。

　　古生物组科学家、中科院南京地质古生物研究所研究员李保华告诉科技日报记者，有孔虫数量众多，而大洋连通，基因交换顺畅，从漫长的地质时间尺度上来看，基本可以认为浮游有孔虫在全球出现的时间是等时的。而且，有孔虫演化速度快，每隔几万年或者几十万年，它就会变成另一种形态。对有孔虫来说，时间还真是一把无情刻刀，改变了它们模样。但这一特点，也让有孔虫成为古生物学家的“心头好”。

　　“你在某地发现了宋代的瓷器，便能判定此地发展的历史至少可以追溯到宋朝。有孔虫化石同样能起到这样的作用。”古生物组科学家、台湾海洋科技研究中心博士尤柏森说。

　　有孔虫的壳体，就贴着时代的标签。一种有孔虫，可能在某个年代兴盛，又在数万年后灭亡。发现它的壳体，就是发现它曾生活过的痕迹。那么，这种有孔虫所处地层的年龄范围也可以随之划定。

　　沉积层不语，但有孔虫会说话。

　　古海洋环境变迁的忠诚“史官”

　　有孔虫壳体中镁和钙比值的变化，能反映它周围环境参数的变化。地球曾经几度冷暖，有孔虫壳体也将它诉说得明明白白。

　　不仅如此。有孔虫还能告诉人类当时的海洋环境。

　　比如，有孔虫的标志性种和标志性组合，就能定性估算海水温度。一提到驯鹿、北极熊和北极狐，你脑海中不自觉就会浮现一派冰天雪地的极地风光；同样，标志性的有孔虫及其组合，也会清晰地标示出冷水环境、暖水环境或者过渡性水体环境。

　　“看树木年轮的疏密，你就能知道每一年的气候状况。日照强烈，雨量丰沛时，年轮稀疏；日照较少，天气干冷，年轮致密。”金海燕说，有孔虫壳体，就是有孔虫的“年轮”。

　　根据同济大学汪品先院士等的研究，季风驱动上升流可以导致生产力升高和温跃层变浅。代表高生产力的浮游有孔虫相对丰度增高，生活在混合层中的浅水种有孔虫比例降低，是季风加强的重要标志。他们在南海以Neogloboquadrina dutertrei 这种有孔虫作为参照，发现它在760万年前左右突然增加，到了320万至200万年前时进一步增多；而混合层浅水种有孔虫则在距今800万年前急剧减少，到了距今320万至200万年时进一步减少，与前一种有孔虫的变化趋势恰好吻合——这意味着，在这两个时期，在东亚发生过两次季风强化事件。

　　几百万年前的风怎么吹，都由有孔虫记录，它简直是海洋环境历史的忠诚史官。

　　而借助现代仪器，有孔虫能说的更多。

　　海水中的镁钙比基本是个常量，而有孔虫在生长过程中，就会吸收生活环境中海水里的镁和钙，来给自己的碳酸盐壳体“加点料”。也就是说，有孔虫壳体中镁和钙比值的变化，就能反映它周围环境参数的变化。

　　李保华表示，镁离子置换碳酸盐中的钙离子是一个吸热过程，所以，如果有孔虫生活环境水体温度升高，有孔虫壳体中的镁含量就会增加。他也曾经做过研究，根据某种有孔虫壳体中的镁钙比比值，让45万年来南海西部表层海水古温度的变化历史在人们面前徐徐展开。

　　一般认为，有孔虫壳体氧同位素的组成，与其所处水体环境中的氧同位素组成有对应关系。“有孔虫壳体中氧18和氧16之比的比值高，意味着当时地球的中高纬度更为寒冷；反之，则更为温暖。”李保华说。

　　地球曾经几度冷暖，有孔虫壳体也将它诉说得明明白白。

　　“追溯地球的过去，才能更好地照亮地球的未来。”金海燕说，“知道过去，我们才会知道，现在‘我们在哪’。知道过去的气候变化周期，我们才会知道当下的地球，是在走向‘变冷’还是‘变暖’，也能更清晰地审视，人类活动对地球所带来的影响。”

　　当然，“决心”号上，关于“我们在哪”的追问，也依然在继续。（记者　张盖伦）