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Feb. 14 2022

北冰洋發現靠吃化石維生的海棉群落

  • 在北冰洋的一座海底山,海星聚集在一隻已死或垂死的海綿上;牠的身上覆蓋了一層白色的細菌毯,科學家很驚訝那裡居然有數以千計的海綿。PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE / PS101 OFOBS TEAM

    在北冰洋的一座海底山,海星聚集在一隻已死或垂死的海綿上;牠的身上覆蓋了一層白色的細菌毯,科學家很驚訝那裡居然有數以千計的海綿。PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE / PS101 OFOBS TEAM

  • 海綿覆蓋一座海底山的表面,牠們在共生菌的幫助下,以化石化的管蟲為食。PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE / PS101 OFOBS TEAM

    海綿覆蓋一座海底山的表面,牠們在共生菌的幫助下,以化石化的管蟲為食。PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE / PS101 OFOBS TEAM

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在北冰洋一處食物貧瘠的地方,科學家發現了一個生機勃勃的生態系。

在北冰洋的一座海底山,海星聚集在一隻已死或垂死的海綿上;牠的身上覆蓋了一層白色的細菌毯,科學家很驚訝那裡居然有數以千計的海綿。PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE / PS101 OFOBS TEAM

在北冰洋的一座海底山,海星聚集在一隻已死或垂死的海綿上;牠的身上覆蓋了一層白色的細菌毯,科學家很驚訝那裡居然有數以千計的海綿。PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE / PS101 OFOBS TEAM

在被冰層覆蓋又離海岸線很遠的北冰洋中部,海床上很難找到食物。這裡離海面可達4公里以上,而當科學家在這裡採集海底的岩芯標本時,通常會拉起淤泥。這些淤泥幾乎了無生機,只能支持非常少量肉眼可見的生物。但在2011年,有一個岩芯標本似乎含有──最先觀察到的學生是這麼說的──「一頭北極熊!」

德國阿佛烈.韋格納極地與海洋研究所(Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research)的海洋生物學家安傑.波伊修斯(Antje Boetius)回憶道,看起來像白色毛髮的東西是一塊幾乎同樣令人驚奇的海綿碎片。「在這個區域,每平方公里左右大概會有一隻海綿。我們當時想,能遇到一隻海綿真是太巧了。」

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不過,當科學家在2016年帶著燈光和攝影機重返相同地點時,他們發現這處位於一座沉寂的海底火山(又稱為海底山)上的區域幾乎完全被海綿覆蓋。有些海綿的直徑超過90公分。

這項發現留給研究人員一個亟待解答的問題:這些海綿到底吃什麼?波伊修斯說,在一個似乎缺乏食物的地區,「我們那時完全不清楚牠們是怎麼長到那種密度的」。

海綿覆蓋一座海底山的表面,牠們在共生菌的幫助下,以化石化的管蟲為食。PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE / PS101 OFOBS TEAM

海綿覆蓋一座海底山的表面,牠們在共生菌的幫助下,以化石化的管蟲為食。PHOTOGRAPH COURTESY OF ALFRED WEGENER INSTITUTE / PS101 OFOBS TEAM

根據一篇在期刊《自然通訊》(Nature Communications)上刊登的新論文,原來海綿吃的是化石化的管蟲(tubeworm)群體殘骸,這群管蟲原本生機勃勃,在曾經活躍的火山所釋放的甲烷中茁壯生長。研究人員發現,共生菌會幫助海綿將這種似乎不是食物的殘骸轉變成養分。

這是科學家首次發現會吃化石的動物。阿姆斯特丹大學的海洋生態學家賈斯柏.德.戈伊(Jasper de Goeij)說:「海綿居然會利用其他生物無法利用的食物資源,這項發現很酷。」他並未參與該研究。「而且它證實了先前的發現,也就是與細菌共生會讓覓食有很大的彈性。」

毛茸茸的山丘

波伊修斯說,在海底活火山上,活的管蟲會棲息在死去個體的空心管上,一代接著一代,因此產生「毛茸茸山丘」的模樣。火山活動趨於平緩時,原本被管蟲轉變為食物的甲烷會停止流動,導致管蟲死亡。不過,牠們的管狀殘骸會留存下來,並透過化石化作用變成幾丁質和蛋白質。

德國不來梅馬克斯.普朗克海洋微生物研究所的海綿專家兼第一作者泰瑞莎.摩根蒂(Teresa Morganti)說,這種共生關係讓海綿能在這裡生存。

挪威北極大學的海洋生態學家艾蜜莉.奧斯特姆(Emmelie Åström)說,先前研究已經顯示,即使在火山沉寂下來後,火山活動史仍可能會持續影響當地生態系。她並未參與該研究。不過她也補充說:「我很驚訝在這麼北邊的地方有如此密集的海綿花園,這顯示我們並不了解深海中存在的一切。」

海綿寶寶

海綿似乎不怎麼四處移動,甚至完全不移動,牠們是怎麼找到這一片在北極海底山上的管蟲化石自助餐的呢?阿爾弗雷德.韋格納研究所的海洋生物學家兼共同作者奧頓.普瑟(Autun Purser)懷疑,牠們是在幼蟲時期抵達那裡的。

「在比較南方的挪威海域有類似的海綿花園。」他說:「所以幼蟲可能是從那裡過來的。」有些乘著洋流漂浮的幸運幼蟲一定是卡在山頂上,然後意外發現那裡有豐富的食物。

當這些海綿花更多時間吃管蟲化石,幫助牠們消化食物的共生菌也可能隨之增生。成年海綿在繁殖時會透過出芽生殖,從身體生出基因相同的海綿寶寶,把這種高度適應的微生物傳給下一代。(海綿也可以進行有性生殖,但這會產生可能隨洋流漂走的幼蟲──生活在惡劣環境時,這是一種冒險的策略,卻也是在新區域繁衍的唯一方法。)

研究團隊也發現可信的證據顯示,成年海綿能夠移動,並會沿路留下稱為骨針(spicule)的矽質骨骼部分。摩根蒂發現,牠們主要往上坡處移動,這樣可能更容易接觸到夾帶化石管蟲碎片的區域性水流。往上坡處移動可能也會為下一代騰出空間,讓小海綿能在比較不受水流影響的位置發育成熟。

研究人員發現,這些海綿能庇護小動物,例如蝦。這些小動物或許以海綿的食物殘渣為食,有時還會吃海綿。海星也會吃垂死的海綿。

不過,這種特別的生態系依靠一個滅絕群體的殘骸存活,能維持多久呢?「這些海綿的代謝率非常低,」摩根蒂說:「所以我不認為牠們有可能吃完這裡的食物。」

更有可能對這個海綿群體產生威脅的是氣候變遷,這種現象正在讓北極的冰層減少,而且可能促進藻類生長。這可能使食物鏈變得更活躍,並導致更多食物降落在海床上。普瑟說,這件事本身不會傷害海綿,但可能會為其他動物創造機會──或許是一種生長速度較快但目前無法在這個區域生存的海綿──讓牠們在競爭中勝出。

「就我在這些北方地區的經驗來看,」他說:「環境開始改變時,生態系可能會變得不平衡,使我們無法確定哪些動物最有可能茁壯成長。」

 

延伸閱讀:近9億年前的海綿化石,可能是地球上最古老的動物 這種巨型海葵的菜單上竟然有……螞蟻?

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