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放射虫:不以大小论英雄

各种各样的放射虫

各种各样的放射虫

各种各样的放射虫

据中国科学报(主笔:张文静):在广阔无垠的海洋中,生活着一种看起来微不足道的动物。它们个头很小,还不及一粒小米大,但却拥有值得骄傲的漫长生命史,自寒武纪出现开始,一直演化至今。它们数量庞大,分布广泛,死亡后沉积海底所形成的软泥约占据现代海底面积的3%。这些小东西就是放射虫。如今,科学家们对放射虫化石标本的研究,更是在地层判定、板块运动等问题的解决中发挥了重要作用。

长相奇特

放射虫这个名字,与它们独有的“长相”有关。放射虫是在海洋中漂浮的一种单细胞原生动物。它们大部分都有一个中心骨骼,呈球形、钟罩形等多种形状,中心骨骼上有刺呈放射状向外伸展,因而得名。

放射虫属于原生动物门肉足虫纲。与这个大家族中的其他兄弟姐妹一样,放射虫的个体也是仅由一个细胞组成。但这个唯一的细胞是一个完整的有机体,具有作为一个动物个体所应有的主要生活机能。细胞的各部分产生了分化,各自掌管一定的功能,形成了“类器官”。比如,它们往往长有鞭毛、纤毛或是伪足作为运动器官。

原生动物个体都很微小,分布却非常广泛,放射虫也是如此。放射虫的身体直径一般为0.1~0.2毫米,部分可以长到2.5毫米。放射虫中还有一种类型是群生的,很多个体连接在一起,整体可以达到15毫米以上。

放射虫娇小的身体为它的化石标本采集和研究带来了一些麻烦。中科院南京地质古生物研究所研究员罗辉告诉《中国科学报》记者,在野外采集化石时,他们是无法直接看到放射虫的,即使拿着放大镜也只能在岩石中窥见一些保存良好的放射虫的影子。他们需要将可能含有放射虫化石的岩石运回实验室,经过特殊处理使得化石从石头中分离出来,再用电子显微镜将其放大到几百上千倍来照相,利用照片进行观察和研究。

“当然,放射虫化石研究也有其独特的有利条件,那就是它们并没有随着漫长的历史演化而灭绝。”罗辉说,目前已知的放射虫化石有2000多种,而现生的放射虫大概有6000种。我们可以用将今论古的研究方法,根据现生放射虫的生存、生态分布等情况,来推断古代放射虫的生存状况。

罗辉介绍说,在日本就有放射虫专家专门进行放射虫的现生培养,或者在海洋中采集现生放射虫,放在显微镜下观察它们的行为。“通过视频我们可以看到,大部分放射虫是进行捕食的。它们会把自己的伪足伸出来,将一些小的食物抓住,然后把它吃掉。有些放射虫会有共生的藻类,藻类通过光合作用产生养分,可以被放射虫吸收。这些行为都非常有意思,也是当前国际放射虫研究的一个热点。”罗辉介绍说,“过去我们对化石研究比较多,但现在有很多放射虫专家转过来去研究现生放射虫的行为。”

沉积深海

放射虫分布十分广泛,从赤道到极地,几乎遍及世界上的所有海域。其中,赤道附近的放射虫尤其丰富多样。如果用一个普通浴缸来盛满海水,里面生活的放射虫可以达到4万个。由于其壳体是硅质,放射虫在死亡并沉入海底后不容易被溶解,而是大量富集起来。它们的堆积密度惊人,一块火柴盒大小的地方,沉积物中含有放射虫的个体数可以超过12万个。这些堆积在海底的放射虫壳就形成了放射虫软泥。“有统计称,这种软泥覆盖了整个地球海底面积的3.4%。”罗辉说。

正是由于放射虫可以沉积海底的特性,它们得以在地壳板块缝合带的研究中起到关键作用。“我们知道,地球上几大板块在碰撞过程中会消亡,消亡之后形成的碰撞带,我们叫作缝合带。缝合带中就残留了很多深海的沉积物,这些沉积物中只有放射虫,没有其他化石。所以,放射虫化石可以作为板块运动中的关键证据。”罗辉解释说。

近些年来,罗辉将主要精力投入到西藏雅鲁藏布江缝合带的放射虫化石上,就是在进行与此相关的研究。每年夏天,罗辉都要带着研究组成员去青藏高原采集化石。在莽莽高原上寻找这些微小的化石并不容易,除了要应付高原反应外,还要面对一片支离破碎的地层。

“缝合带的地层与平常的地层不同,它不是连续的,因为它构造运动很强烈,把原来正常的上下结构全打乱了,所以在高原上采集化石,比其他地方的野外观察困难得多,在研究方法上也会不太一样。我们需要反着来,先把化石找出来,再去推断原来的地层顺序。”罗辉说。

古生物学家寻找化石常常要靠点运气。在高原上,运气的因素显然更重。

最让罗辉印象深刻的是,多年前他的一位师弟在江孜县找到了一些古近纪的放射虫,对此发表了一篇论文,引起了不少关注。论文发表后,很多人慕名前往去找类似的化石,但由于当地的地层太乱,都没有找到。有人就怀疑,这种化石是不是真的存在于这里。为了证实这件事,此后的十年间,罗辉每年一有机会来青藏高原就去那附近寻找,结果都空手而回。课题结束了,他也差不多灰了心。最后一年,罗辉想着随便去看看,就到那附近的一个山头去找。当时,有几块化石看起来挺好,罗辉就将它们采回来。回来一看,才发现“众里寻他千百度,那人却在灯火阑珊处”,这正是他多年来苦苦寻找的放射虫化石。

古生物学研究往往伴随着惊喜和失望。“这也正是它迷人的地方。”罗辉笑着说。

研究渐热

对放射虫化石的研究始于欧洲,之后美国发展较快,但最近稍微有所减弱。

目前,世界上放射虫研究人数最多的国家是日本。“日本的地层很特殊,里面几乎没有其他化石,但大部分地方都能找到放射虫。”罗辉介绍说。

放射虫的生命历史十分漫长,从寒武纪一直演化到现在,不同时代中发展出了不同的类型,它的骨骼也因此会在不同的岩石中保存下来,最常见的就是硅质岩。

“最开始,研究人员无法将化石从岩石中剥离出来,只能将岩石磨成薄片,然后通过显微镜来对薄片进行观察。这种观察的准确性当然不高,所以当时定的很多属种,现在都被认为是不正确的,基本都改过来了。上世纪70年代以后,研究人员才找到一个新的方法来处理放射虫化石,将其从硅质岩中取出来。这极大地推动了放射虫化石的研究。”罗辉介绍说,“现在,我们大部分的研究方法都是根据这种技术改进而来,从而获得放射虫实体。后来,研究人员在一些过去没有发现化石的地层中找到了放射虫化石,这对解决该地层的时代问题非常关键。”

近年来,由于构造板块研究较热,学界对于放射虫研究也重视起来。“这几年,我国放射虫的研究人员人数也在增加,南古所、南海所、中国地质大学(武汉)、同济大学等有研究人员在进行不同方面的研究。”2009年,作为国际放射虫古生物学者协会主席,罗辉在南京组织会议,基本上邀请了国内所有放射虫研究专家集聚一堂,与国际专家展开交流。“至少从参加人数来看,我国是仅排在日本之后的。如今,随着国内对基础研究越来越重视,致力于研究放射虫的学生也越来越多,这是个好现象。”罗辉说道。

未来,他们对放射虫的研究,也许会给我们带来更多惊喜。

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