研究揭示造礁珊瑚个体变小适应晚古生代大冰期陆源碎屑输入

当今陆源碎屑输入对海洋珊瑚礁造成了严重影响，常常伴随造礁珊瑚的死亡或形态变化。地质历史时期也发生了类似现象，但目前关于造礁珊瑚面对陆源碎屑输入如何响应的认识还不清楚。近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究人员与法国图卢兹第三大学、美国南加州大学及南京大学研究人员合作，对密西西比亚纪中-晚期造礁珊瑚的形态大小、陆源碎屑输入等进行了系统研究，揭示了晚古生代大冰期起始时期陆源碎屑输入与造礁珊瑚个体大小变化的关系。相关成果于近日在线发表在英国《皇家学会会刊B辑》（Proceedings of the Royal Society B）上。

晚古生代大冰期是地球上自动植物繁盛以来唯一一个与现代大气CO₂浓度相近的时期，因此，对晚古生代海洋生物-环境演化的研究可以为当今海洋生态系统演变提供借鉴和启示。密西西比亚纪中-晚期（维宪期-谢尔普霍夫期）发生了显著的海西造山运动和陆地植物繁盛；它们共同导致了该时期陆地化学风化作用加强和陆源碎屑和营养物质输入增加，进而导致全球气候急剧变冷和海平面降低。

该研究发现，在维宪晚期腕足类壳体氧同位素发生了一次显著正偏，指示该时期古海水温度明显降低，可能代表了晚古生代大冰期主幕的开始；同时，海洋珊瑚礁系统也发生了崩溃并伴随底栖生物多样性的降低。因此，对密西西比亚纪中-晚期造礁珊瑚形态大小的研究，可以为当今陆源输入影响下的造礁珊瑚的演变趋势提供新认识。

研究团队对我国贵州雅水、湖南马栏边、安徽王家村和内蒙古尖山子四条不同沉积相剖面谢尔普霍夫期全球广布的造礁珊瑚Aulina rotiformis和Lithostrotion decipiens的个体大小参数（单骸直径、横板带直径和隔壁数）进行了统计，并对造礁珊瑚和围岩进行了元素含量研究。

结果显示在谢尔普霍夫期，空间上从华南板块的浅水开阔碳酸盐岩相、碳酸盐岩-碎屑岩过度相到浅水碎屑岩相，造礁珊瑚个体逐渐变小，并伴随珊瑚围岩中硅、铝、磷元素含量的明显增加。在长尺度上，基于中国、西欧和北非地区密西西比亚纪中-晚期造礁珊瑚Lithostrotion decipiens和Siphonodendron pauciradiale的个体大小数据，研究发现造礁珊瑚个体在维宪晚期明显减小，这与晚古生代冰期主幕开始伴随的陆地风化作用增强和陆源碎屑输入增加相一致。

该研究从时空上揭示了造礁珊瑚个体大小与陆源输入的演化特征，认为晚古生代大冰期起始与陆源碎屑和营养物质输入增加是控制造礁珊瑚表型可塑性变化的主要因素，它们可以通过个体变小来适应晚古生代大冰期伴随的古环境变化。

另外，该研究从长尺度生物演化方面为当今海洋珊瑚礁的保护和发展趋势提供了启示：具有较强表型可塑性的造礁珊瑚，即可以使个体变小的造礁珊瑚可能更加适应当今陆源碎屑输入、水体缺氧等环境变化。

相关研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会和中国科学院战略性先导科技专项（B类）的资助。

图1 密西西比亚纪海洋造礁珊瑚与总体生物的多样性变化和演化模式

图2 密西西比亚纪晚期不同沉积相剖面造礁珊瑚Lithostrotion decipiens和Aulina rotiformis的单骸直径、横板带直径和隔壁数的变化

图3 密西西比亚纪晚期不同沉积相剖面造礁珊瑚Lithostrotion decipiens及其围岩的微相和元素分布特征

图4 密西西比亚纪中-晚期造礁珊瑚Lithostrotion decipiens和Siphonodendron pauciradiale的形态大小变化与该时期陆源输入、海水表层温度、低纬度海平面和中-高纬度冰川记录的关系

来源：中国科学院南京地质古生物研究所

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