海洋学

死鲸,生命之源

在海底,最大的哺乳动物(鲸鱼)的尸体孕育出非凡的生态系统。

克里斯平·利特尔(Crispin Little) 对于科学N°392
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1987年,研究潜艇上 阿尔文,海洋学家绘制了南加州沿海圣塔卡塔利娜盆地海底的植被和营养成分贫乏的地图。在最后一次潜水中,声纳在海底发现了一个大物体,在深渊的黑暗中,深度为1240米,阿尔文 揭示了一条20米长的鲸鱼骨架,部分埋在沉积物中。

夏威夷大学马诺阿分校的海洋学家,探险队负责人克雷格·史密斯(Craig Smith)和他的团队发现,骨骼是蓝鲸或大鲸的骨架。这种动物已经死了很多年,但是它的骨头和周围的环境却充满了生命:蠕虫,小蛤,帽贝-带有圆锥形外壳的腹足纲软体动物-以及数百万种白色微生物。这个骨骼代表了广阔沙漠中的生活绿洲。

一年后,史密斯(C. Smith)的研究小组返回去研究这个骨架。她描述了一些迄今未知的物种和某些仅在特定环境中才观察到的生物,例如深渊中的热液喷口或冷源(我们称其为冷渗漏),深度非常大。

从那时起,科学家分析了数十种依赖鲸鱼尸体的动物群落;他们描述了生活在骨骼上或周围的400多种物种,其中30多种从未在其他地方观察到 (见图) 1)。我们正在尝试了解这些令人惊讶的群落(定居在鲸鱼尸体上)的功能和演变过程。

水下房屋

在1854年,一位动物学家首次证明了死鲸可以庇护特定的生物。他描述了一种新的小(一厘米)贻贝,生活在南非好望角附近收集的浮鲸脂肪中。当工业捕鱼开始 xx e 一个世纪以来,研究人员发现,这种动物相对于死鲸的特殊性很普遍。

从1960年代起,在苏格兰,爱尔兰,冰岛等地的渔网中发现了带有新软体动物种类的鲸鱼的头骨和其他骨头,尤其是到 查塔姆崛起 在新西兰东部。 1964年在南非海岸附近发现的一块骨头覆盖着类似于1854年首次出现的小贻贝。

贻贝并不是在鲸鱼骨头中发现的唯一新动物物种:1985年描述了一种以前未知的微小帽贝物种。随后出现了其他物种。这些帽贝被命名为 骨盆 由于它们与骨头相关。

但是直到C. Smith的发现之后,这些死鲸的生态热潮才开始加剧。然后发现的软体动物物种很有趣:蛤和贻贝属于已知具有化学合成细菌的群体。这些细菌从无机化学物质中获取能量,它们有时构成整个生态系统的基础。

这些软体动物大多数以前仅在与化学合成有关的其他位置观察到:贻贝在热液喷口中;蛤lam 葡萄菌科 在温泉和冷泉中,富含甲烷和其他碳氢化合物的流体流向海床;蛤lam in科 在冷渗漏和缺氧(即缺氧)沉积物中;和在缺氧沉积物中的腹足动物。

因此,在1989年,史密斯(C. Smith)和他的同事们提出,鲸鱼的骨骼应该是日本人的脚步-规则排列的“平板”可以为深渊的动物提供一条通道,而不必寻找小巷。因此会从一个化学合成社区扩散到另一个。但是,这些动物是否可以在一代之间移居到下一代,或者它们是否散布在更长的时间尺度上,仍然是一个悬而未决的问题。

为了了解定居死鲸的社区的运作机制和寿命,C。Smith及其同事在1992年开发了一个研究项目。他们捕捞了滞留在加利福尼亚海岸和附近的鲸鱼。称重时要承受2700公斤的重量,以抵消由分解气体引起的浮力。

然后,他们使用阿尔文 或小型遥控水下车辆。科学家在六年内沉没了三头灰鲸尸体,并对其进行了定期研究,直到2000年。他们还监视了1987年发现的骨架和1995年发现的另一头骨架。

根据他们的观察,死鲸经历了三个连续的阶段 (请参见下面的方框)。当鲸鱼called体触底时,他们将其称为清道夫阶段。成群的ha鱼-似鳗鱼的海洋动物-穿过肉体,而沉睡的鲨鱼则取更大的碎片。这些清道夫吃掉了鲸鱼的大部分软组织-脂肪,肌肉和内部器官-每天消耗40至60公斤。根据鲸鱼的大小(可重达170吨),盛宴最多可以持续两年。

缓慢分解

第二阶段称为机会阶段,持续约两年时间。密集但不十分多样化的动物群落定居在鲸鱼car体和裸露的骨头周围的沉积物中。这些动物以脂肪和清道夫留下的其他软组织为食。它们主要是多毛类-披着许多刚毛的尸体的甲虫-和甲壳类动物。

最后,当所有的软组织消失时,鲸鱼的尸体进入了最长的第三阶段,称为嗜硫阶段。所谓的厌氧细菌可以分解骨骼中包含的脂质,而不会消耗水中的氧气。与需氧菌不同,需氧菌利用溶解在海水中的氧气分解营养,而这些微生物消耗硫酸根离子(所以42–)溶解以分解脂质,释放出硫化氢(h2s)。

大多数动物不能使用硫化氢作为能量,并且气体通常是有毒的。但是某些叫做硫磺菌的化学合成细菌能够做到这一点。他们氧化这种硫化物(连同水中的氧气)产生所需的能量。然后其他动物以共生方式利用这些化学合成细菌(贻贝和蛤c也是如此) 葡萄菌科in科 它们使用这些细菌产生的元素),或通过放牧以它们为食(帽贝和腹足动物也是如此)。鲸鱼骨头富含脂肪,一条40吨鲸鱼的尸体可以容纳2到3吨;因此它们的分解很慢。对于非常大的鲸鱼,嗜硫阶段可以持续长达50年,甚至一个世纪。

C. Smith和同事们利用这些数据并估计每年约有69,000头大型鲸鱼死亡,其中9种最大的鲸鱼物种中有690,000具骨骼在鲸鱼的底部分解。海洋。在工业捕鲸使大型鲸鱼种群减少了两个世纪之前,一定有更多的腐烂尸体,也许是六倍。

每12公里有尸体

这样,两条死鲸之间的平均距离将为12公里。沿着灰鲸的迁徙路径,这个距离只有五公里。这样的car体间距应足够小,以使幼虫从一个地点移动到另一个地点。 C. Smith的小组认为,这是他们的化学合成生物在鲸鱼尸体,热液喷口和冷渗漏之间扩散的日本阶梯模型的进一步证据。

瑞典,日本和加利福尼亚的蒙特里的另外三个小组将死鲸淹没,以研究其生态系统。在各种深海场所,例如日本南部的鸟岛海山和蒙特雷湾,也发现了其他鲸鱼骨骼。 (见图) 2)。这些研究已经证实,大量生物依赖鲸鱼的尸体生存。但是在圣卡塔利娜盆地的骨架中观察到的三个分解阶段在其他地方却不那么明显...

也许这是因为史密斯(C. Smith)的团队选择了氧含量相对较低的位点,从而导致需要厌氧细菌的分解速率降低。或差异可能是由于特定蠕虫引起的: Osedax (拉丁词意为食骨头者),也称为僵尸蠕虫。这种小动物-最长不超过一厘米-于2004年在蒙特雷湾的一条鲸鱼中首次被描述。然后在瑞典和日本的不同地点发现了它,甚至在南加州的鲸鱼尸体中也发现了它,最初因为它很少而被人们忽略了。

Osedax 看起来像一团粘液粘在骨头表面 (见图3)。它有一些小的附属物,可以进入水中进行气体交换,但是如果动物受到干扰,它可以缩回到粘液管中。像一些肠道寄生虫一样 Osedax 没有消化道-没有嘴,胃或肛门。它由多肉的绿色“根”组成,可以让它进入鲸鱼的骨头-它挖了一条隧道-提取脂质或蛋白质。因此,它可以喂食根部存在的各种共生细菌。该蠕虫的繁殖策略也令人惊讶。成年人都是雌性,但每个雄性都有数十只微小的雄性,它们从未超过幼体阶段,其唯一功能是产生精子。

Osedax 与生活在热液喷口中的巨大管状蠕虫有关。它大约有4000万年的历史,几乎和蛤age一样大 葡萄菌科 和鲸鱼。

Osedax 用其根部挖出许多隧道,这些隧道迅速破坏了露在外的鲸鱼骨头:受侵害骨骼的亚硫酸盐分解加速了,从而改变了整个生态系统。这一发现表明,许多鲸鱼尸体的活动时间比以前想象的要短。这是日本步假说的一个障碍,因为如果活动的鲸鱼尸体较少,则动物(或其幼虫)将很难从一个化学合成位点移动到另一个化学合成位点。

自地球盛世以来就出现了热液喷口和冷渗漏现象,但鲸鱼的出现当然是最近的事。似乎依赖鲸鱼尸体生存的生态系统何时,如何演化?他们与其他深渊社区有什么关系?答案可以在化石记录中找到。

在过去的150年中发现了许多鲸鱼化石,但是直到1992年,才在华盛顿州始于渐新世的岩石中发现了第一个以鲸鱼cas体为生的群落。 (34至2300万年前)。然后在加利福尼亚和日本的三个地点发现了中新世化石(2300万至500万年前)。

寻找化石

这些古老的殖民鲸鱼尸体的社区呈现出软体动物化石,这些软体动物属于化学合成细菌的窝藏或觅食者。这些化石遗骸不包含蠕虫等软体动物,因为它们的软体部分很快消失了。因此,不知道蠕虫是否喜欢 Osedax 几百万年前住在鲸鱼尸体中。

2006年,英国利兹大学的斯特芬·基尔(Steffen Kiel)和美国西雅图的伯克自然历史与文化博物馆的吉姆·戈德特(Jim Goedert)注意到,第一个居住在该地区尸体上的社区晚始新世和渐新世的鲸鱼大多是蛤,它们也出现在非化学合成的栖息地中。在中新世化石之前,在嗜热相中不存在于鲸鱼ses体的化学合成软体动物。他们得出结论,第一条鲸鱼的大小不足以容纳嗜盐菌群落。

但是,最近在加利福尼亚岛上与蛤相关的悬崖上发现了一个中新世鲸鱼的小骨架。 葡萄菌科。这表明化学合成软体动物所关注的鲸鱼大小与其所产生的鲸鱼骨骼的脂类浓度无关,而在于它的大小。在过去的2000万年中,这种情况可能有所增加,因为它将有利于在公海中游走的鲸鱼的生存。

鲸鱼出现之前是什么感觉?一些研究人员认为,在鲸类生活之前,类似的群落就存在于包括蛇颈龙,鱼龙和马赛克龙在内的古代海洋爬行动物的尸体中。这些爬行动物是中生代海洋的主要掠食者,这是一个从251年到6500万年前的地质时代,包括三叠纪,侏罗纪和白垩纪,整个恐龙统治着地球。

1994年,描述了帽贝的化石标本 骨盆,在新西兰始新世沉积物中的海龟骨头中发现。尽管始新世比中生代更新,这证明定居在鲸鱼尸体上的帽贝也可能生活在爬行动物骨骼上,因此也许也生活在中生代海洋爬行动物上...

2008年,日本和波兰的研究人员从两个蛇颈龙骨骼中发现了与该类腹足纲动物有关的骨骼 普罗万纳 ;他们在日本上白垩纪的岩石中发现了它们。由于这些软体动物仅存在于化学合成部位,因此科学家认为这些蛇颈龙具有与鲸鱼car体的嗜硫阶段相当的群落。但是这些爬行动物与恐龙一起灭绝了6500万年前。这距鲸鱼出现的时间已超过2000万年:可能有群落的趋同进化,这取决于下沉在海床上的大型脊椎动物的尸体。

而且,这些蛇颈龙的骨骼的内部结构与鲸鱼的骨骼相似,有许多可能包含脂质的空间。但是,将很难确定这些骨骼是否实际上富含脂质。此外,在嗜热的鲸鱼尸体的嗜温菌群落中存在着许多动物群;当鲸鱼第一次出现时,他们正在利用这些化学合成的栖息地。

鲸鱼尸体的化石证据仍然很少,主要来自日本和美国西海岸的数据。化石存在的证据Osedax 鉴于该组织具有塑造当今社区的独特能力,因此将受到欢迎。由于该蠕虫没有骨骼,因此不太可能找到其存在的直接证据,但可以在化石中识别出它在鲸鱼骨头中留下的隧道痕迹... 4月19日2010年,S。Kiel及其同事在德国发表了第一个关于由 Osedax 拥有3000万年历史的鲸鱼尸体化石。证明此蠕虫已经存在。

目前居住在鲸鱼尸体上的社区的全球分布状况不佳。到目前为止,仅发现了少量的鲸鱼尸体,我们不知道在某些地区是否有大量鲸鱼种群居住的地区,例如南极洲和南大洋。需要新的生物和化石发现,以查明鲸鱼尸体的生态和历史是否与海洋爬行动物尸体的确相关,并确定这两个生态系统是否依赖于其他深渊的化学合成群落。

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