最新研究表明，太平洋海岸的海藻森林，即支持各种海洋生物的丰富生态系统，起源于 3200 多万年前，远早于之前人们认为的起源时间。

这些古老的巨藻林为现已灭绝的长鼻类动物提供了养分，其历史早于海洋哺乳动物、海胆和与现代巨藻林息息相关的鸟类。这一发现揭示了巨藻生态系统的复杂演化过程，极大地改变了我们对巨藻林历史发展和生态意义的理解。

海藻森林的起源

太平洋沿岸特有的海底海带森林支撑着一个多样化的生态系统，这个生态系统被认为在过去1400万年中与海带一同进化。

但一项新的研究表明，早在 3200 多万年前，海带就在西北海岸繁茂生长，远远早于现代海洋哺乳动物、海胆、鸟类和双壳类动物的出现，这些动物如今将这片森林视为家园。

这些沿海海带森林的历史更为悠久，如今它们是一个丰富的生态系统，支持着水獭、海狮、海豹以及许多鸟类、鱼类和甲壳类动物。这意味着它们很可能是古代一种现已灭绝的哺乳动物——德斯莫斯蒂利安的主要食物来源。这种体型与海象相仿的草食动物被认为与今天的海牛、海牛以及它们的陆地近亲——大象有关。

古老的基础和现代的发现

“人们最初说，‘我们认为1400万年前那里还没有海带，因为与现代海带森林相关的生物当时还不存在’，”加州大学伯克利分校综合生物学教授、古植物学家辛迪·洛伊说。“现在，我们证明了海带当时已经存在，只是你期望与它们相关的所有生物都不存在。这并不奇怪，因为在其他一切出现之前，你首先需要整个系统的基础。”

本周《国家科学院学报》报告了关于海藻森林更为古老的证据，这些证据来自最新发现的海藻附着器化石——即海藻的根部，能够将海藻固定在海底的岩石或附着在岩石上的生物体上。海藻的柄或茎连接着附着器，支撑着通常漂浮在水中的叶片，这得益于气囊的作用。

洛伊的同事斯特凡·基尔 (Steffen Kiel) 发现这些已变成化石的固定器可以追溯到 3210 万年前，属于中生代中期，该时期从 6600 万年前一直延续至今。这些固定器依然可以抓住蛤蜊，并将藤壶和蜗牛包裹在内。而之前已知的最古老的海带化石是一个气囊和一个类似今天公牛海带叶片的化石，距今已有 1400 万年的历史，并被收藏在加州大学古生物博物馆 (UCMP) 中。

化石记录中的进化见解

论文的第一作者和斯德哥尔摩瑞典自然历史博物馆的高级策展人基尔表示：“我们的盘状附着器有力地证明了海藻是海生哺乳动物、近蹄目动物这一神秘种群的食物来源。这些是中生代唯一灭绝的哺乳动物种群。海藻一直是河马大小的海生哺乳动物的食物来源，但一直缺乏实际的证据。我们的盘状附着器表明海藻很有可能成为这种哺乳动物的食物。”

根据基尔和洛伊的说法，洛伊是该论文的主要作者，也是加州大学古植物学博物馆馆长，这些早期的海带森林可能不如约1400万年前演变的森林那么复杂。太平洋沿岸晚新生代的化石表明，有大量的双壳类动物——蛤蜊、牡蛎和贻贝——鸟类和海洋哺乳动物，包括与海牛有关的海牛类动物和已经灭绝的、与海獭相似的祖先，被称为Kolponomos。在3200万年前的化石记录中并没有发现这样的多样性。

“另一个含义是，化石记录再次表明，生命的进化——以这个例子来说，即海藻林的进化——比单纯根据生物数据所估计的更为复杂，”基尔说。“化石记录表明，在过去3200万年中，许多动物出现在海藻林中，然后又从海藻林中消失，而我们知道的海藻林生态系统只是在过去几百万年中才进化形成的。”

业余化石猎人的贡献

这些化石是由业余化石收藏家詹姆斯·戈德特发现的，他以前曾与基尔一起工作。当戈德特在华盛顿奥林匹克半岛詹森溪附近的海滩上发现四个石结核并将其劈开时，他看到了类似海带和其他沿海常见大型海藻的固着器。

专门研究无脊椎动物进化的基尔同意了这一观点，并随后根据锶同位素的比例测定了岩石的年代。他还分析了双壳类贝壳中的氧同位素水平，以确定固着生物的生活环境水温略高于今天，处于现代海带森林发现的温度上限范围内。

Looy 联系了合著者 Dula Parkinson，即劳伦斯伯克利国家实验室先进光源部门的一名科学家，请他帮忙使用同步辐射 X 射线断层扫描显微镜 (SRXTM) 对其中一个固着器化石进行 3D X 射线扫描。当她仔细查看化石的 X 射线切片时，她惊讶地发现，除了双壳类动物外，固着器内还隐藏着藤壶、蜗牛、贻贝和微小的单细胞有孔虫。

然而，Looy 指出，这块 3200 万年前的石化固着器内发现的无脊椎动物的多样性不如现代海藻固着器内发现的多样性高。

洛伊表示：“如果你现在去一个海藻生态系统，那么固定物绝对不会这么丰富。在这些生态系统中，生物种类的多样化尚未开始。”

基尔和洛伊计划进一步研究这些化石，以了解它们揭示了北太平洋海藻生态系统的哪些进化历程，以及这些历程与海洋-气候系统变化之间的关系。

参考：Steffen Kiel、James L. Goedert、Tony L. Huynh、Michael Krings、Dula Parkinson、Rosemary Romero和Cindy V. Looy在2024年1月16日发表于《美国国家科学院院刊》上的“北太平洋早渐新世海带附着物和海带生态系统的逐步演化”。DOI: 10.1073/pnas.2317054121

论文的其他合著者包括专攻藻类的罗丝玛丽·罗梅罗（Rosemary Romero），她于 2018 年获得加州大学伯克利分校的博士学位，目前是加利福尼亚州鱼类和野生动物部的环境科学家；德国慕尼黑路德维希·贝克曼大学的古植物学家迈克尔·克林斯（Michael Krings）；以及加州大学伯克利分校的前本科生托尼·洪（Tony Huynh）。戈德特是西雅图华盛顿大学伯克自然历史与文化博物馆的研究员。