随着世界的动荡：5.4亿年来生物扰动如何塑造海底

用于估算显生宙过渡层深度的六个深穿透遗迹的例子。（A）Skolithos，奥陶纪动力阶地层（加拿大纽芬兰）。（B）寒武纪霍克湾组橄榄岩（加拿大纽芬兰）。（C）寒武纪双克拉通矿脉组（美国犹他州）。（D）奥陶纪船港组海龙石（加拿大纽芬兰）。（E）志留纪Clinch组动物藻（美国弗吉尼亚州）。（F）白垩系福克斯山组蛇形岩（美国南达科他州）。（D）由（11）修改而来。（F）标本YPM IP 150791，照片由耶鲁大学无脊椎动物古生物学系耶鲁皮博迪博物馆提供；peabody.ale.edu。（A至D和F）横截面；（E）层面。比例尺，2厘米。来源：科学进展（2025）。DOI：10.1126/sciadv.adu7719

（化石网cnfossil.com）据耶鲁大学（吉姆·谢尔顿）：得益于一项追踪数亿年海洋沉积物层演变的新研究，海底的黑暗世界现在变得更加清晰。

这是一个在宏大而精细的尺度上构建世界的故事，由一系列海洋动物完成，它们在冷热、物种扩张和大规模死亡中挖洞和挖掘隧道。科学家们将这一过程称为生物扰动——穴居动物对沉积物和土壤的挖掘和混合，特别是为了避难和维持生计。

耶鲁大学文理学院地球与行星科学助理教授、发表在《科学进展》杂志上的这项研究的主要作者Lidya Tarhan说：“生物扰动是当今海洋和陆地上最重要的生态系统工程形式之一。”。

塔汉说：“在海洋中，生物扰动在塑造海底的宜居性和生态以及调节上覆海水中的营养循环方面发挥着至关重要的作用。”。“然而，长期以来，人们对生物扰动在地球历史上的变化以及生物扰动器何时成为今天具有巨大影响力的‘工程师’的进化时间知之甚少。”

除了他们自己的数据——包括美国、加拿大、西班牙和澳大利亚的地质野外工作的观测结果以及从现代海洋收集的沉积物钻孔岩芯——塔汉和她的合作者还调查了1000多项以前的科学研究。他们专门寻找有关海底沉积物搅拌强度的信息，以及通常是海底最深洞穴之一的六种化石洞穴。最终，他们建立了一个涵盖5.4亿年地球历史的数据库，几乎涵盖了动物生命的完整进化史。

该团队从他们的研究中获得了一些新的见解。

首先，他们发现两种主要的生物扰动类型——动物挖洞和沉积物混合——是分开发展的。深挖洞在动物进化的早期就开始了；沉积物混合花了数亿年的时间才发展起来。

耶鲁皮博迪博物馆助理馆长塔汉说：“蠕虫等穴居动物，以及后来的蛤蜊和甲壳类动物，数量丰富且分布广泛，至少在浅海是这样。”。“它们冒险进入深海需要更长的时间。但沉积物混合滞后。我们假设海洋氧气压力，特别是在温暖的‘温室’气候区间，可能是主要驱动因素。”

她说，当海底动物群落首次建立时，海洋的氧气水平可能非常低。在水温升高的情况下，动物的新陈代谢率会增加，对氧气的需求也会增加。这可能意味着，需要大量能量消耗的沉积物混合让位于不太密集的洞穴挖掘。

研究人员还开始记录历史上重大环境变化和大规模灭绝事件对生物扰动的影响。例如，在2.52亿年前的二叠纪末大灭绝期间，当可能超过90%的动物物种灭绝时，生物扰动停止了一段时间。然后，小的水平洞穴慢慢开始重新出现。

进一步的研究将探讨这种大大减少的生物扰动在海洋营养物质的重建和生态系统的最终再生中发挥了什么作用。

塔汉说：“如果不能清楚地了解生物扰动者如何应对环境压力，以及它们在灭绝后能够以多快的速度反弹，我们对驱动灭绝和决定恢复的生态级联机制的理解肯定是模糊的。”。“这无疑加剧了我们在试图预测当前灭绝危机的生态影响时面临的挑战。”

耶鲁大学塔汉实验室的研究生凯特·皮彭格是这项研究的合著者。其他合著者包括南安普顿大学的Alison Cribb、南加州大学的Michelle Zill和David Bottjer、河滨社区学院的William Phelps、加州大学河滨分校的Mary Droser和加州大学圣克鲁斯分校的Matthew Clapham。