最新研究表明，太平洋沿岸的海帶森林是支持多種海洋生物的豐富生態系統，其起源可追溯到3,200萬年前，比之前認為的還要早得多。這些古老的海帶森林為現已滅絕的齒鯨提供了食物，其出現時間早於現代海帶森林中常見的海洋哺乳動物、海膽和鳥類。這項發現凸顯了海帶生態系的複雜演變，大大改變了我們對海帶生態系歷史發展和生態意義的理解。

這是一塊3,200萬年前的化石海帶基部的X射線重建圖，以不同顏色分別表示基部(橘色)、基部(黃色)和附著其上的雙殼類貝殼(藍色)。圖片來源:Dula Parkinson/先進光源，勞倫斯伯克利國家實驗室

太平洋沿岸獨特的海底海帶森林支撐著多樣化的生態系統，人們認為這個生態系統在過去1400萬年間與海帶一起進化。

但一項新的研究表明，早在3,200萬年前，西北海岸附近就已經出現了海藻，比現代海洋哺乳動物、海膽、鳥類和雙殼類動物的出現要早得多，而它們如今正是這片森林的主人。

這是一塊3,200萬年前的化石，上面有藤壺和藤壺上長出的指狀枝條。圖片來源:Steffen Kiel

這些沿海海藻森林的年齡比現在大得多，它們是水獺、海獅、海豹以及許多鳥類、魚類和甲殼類動物的豐富生態系統，這意味著它們可能是古代一種現已滅絕的哺乳動物——雙齒獸的主要食物來源。這種體型與河馬相當的草食動物被認為與今天的海牛、海牛和它們的陸地親戚大像有關。

「人們最初說，『我們認為1400萬年前之前那裡沒有海藻，因為與現代海藻森林相關的生物當時還不存在。』」加州大學柏克萊分校綜合生物學教授、古植物學家辛迪·盧伊(Cindy Looy)說道。 “現在，我們證明海帶確實存在，只是與它們相關的所有生物都不存在。這並不奇怪，因為首先需要整個系統的基礎，然後才能顯現出其他一切。”

該時間表描繪了太平洋沿岸海帶森林和相關生物在過去3200萬年的進化歷程，以及水溫的變化。黑色長條表示現代複雜海藻生態系統的成員——海獺、鮑魚、海膽以及直到最近才滅絕的海牛。綠色條形表示早期海藻床中現已滅絕的成員，包括雙齒獸和企鵝狀的plotopterids。圖片來源:Steffen Kiel和Cindy Looy

本週《美國國家科學院院刊》報導了海藻森林更古老的證據，這些證據來自新發現的海藻固著器化石——海藻的根狀部分，用於將其固定在海底岩石或岩石生物上。莖或莖幹附著在固著器上，支撐葉片，葉片通常漂浮在水中，這要歸功於氣囊。

盧伊的同事斯特芬·基爾(Steffen Kiel)將這些仍然抓住蛤蜊並包裹著藤壺和蝸牛的化石定年於3210萬年前，即新生代中期，從6600萬年前一直延續至今。已知最古老的石蓴化石由一個氣囊和一個類似現代石蓴的葉片組成，可追溯到1400萬年前，現收藏於加州大學古生物博物館(UCMP)。

論文的主要作者、斯德哥爾摩瑞典自然歷史博物館資深策展人基爾(Kiel)表示:”我們的固著器為海帶是神秘海洋哺乳動物——海牛目動物的食物來源提供了有力證據。“這是新生代哺乳動物中唯一在新生代滅絕的物種。人們一直認為海帶是這些河馬大小的海洋哺乳動物的食物來源，但缺乏實際證據。我們的固著物顯示海帶是可能的候選食物來源。

根據論文資深作者、加州大學馬普分校古植物學館長基爾和盧伊的說法，這些早期的海藻森林可能不如大約1400萬年前演化的森林複雜。太平洋沿岸晚新生代化石表明，當時雙殼類動物(蛤、牡蠣和貽貝)、鳥類和海洋哺乳動物(包括海牛和海獺的滅絕熊類祖先Kolponomos)數量眾多。 3200萬年前的化石記錄中並未發現這種多樣性。

「另一個啟示是，化石記錄再次表明，生命進化(這裡指海藻森林的進化)比僅根據生物數據所估計的更為複雜，」基爾說，「化石記錄表明，在過去3200萬年中，許多動物出現在海藻森林中，又從海藻森林中消失，而我們今天所知的海藻森林生態系統只是在過去的幾百萬年中才進化而來。

這些化石是由業餘化石收藏家詹姆斯·戈德特發現的，他曾與基爾合作過。戈德特在華盛頓州奧林匹克半島詹森溪附近的海灘上發現了四個石結核，當他將其敲開時，看到了看起來像海帶和其他常見大型藻類的固著器。

專門研究無脊椎動物演化的基爾對此表示贊同，隨後根據鍶同位素的比例對岩石進行了年代測定。他還分析了雙殼類貝殼中的氧同位素水平，以確定這些固著器生活在比現在稍微溫暖的水中，處於現代海藻林中的較高溫度範圍。

盧伊聯繫了勞倫斯伯克利國家實驗室先進光源的專職科​​學家Dula Parkinson，希望藉助同步輻射X射線斷層顯微術(SRXTM)對其中一塊固著器化石進行三維X射線掃描。當她查看化石的詳細X射線切片時，驚訝地發現除了附著在它上面的雙殼類動物外，在固著器中還隱藏著藤壺、蝸牛、貽貝和微小的單細胞有孔蟲。

然而，盧伊指出，在3,200萬年前的化石固著器中發現的無脊椎動物種類並不像今天海帶固著器中的種類那樣豐富。

“這些固著物絕對沒有你現在去海藻生態系統看到的那麼豐富，”Looy說，“這些生態系統中生物的多樣化還沒有開始。”

基爾和盧伊計劃對化石進行進一步研究，以了解它們揭示的北太平洋海帶生態系統演變的線索，以及這一演變與海洋氣候系統變化的關係。

編譯自/ scitechdaily