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我国科学家在南海首次发现鲸落?

据中国科学院深海科学与工程研究所消息,4月2日,“探索一号”科考船完成2020年度第一个科考航次(TS16航次)返航。本航次自3月10日开始,航次的重要成果之一,是科学家在南海首次发现一个约3米长的鲸落。什么是鲸落?

鲸鱼是地球表面最大的生物。成年蓝鲸重173吨,长30米。当鲸鱼在海洋中死亡时,它的身体通常会落到海底,成为生活在那里的动物的有机物的巨大来源。这被称为鲸落(Whale Fall)。鲸鱼尸体周围形成的动物群落称为鲸落群落。

据相关文献记载,1987年,在加利福尼亚州圣卡塔利娜盆地1240米深处,首次发现了一只鲸落。鲸鱼死了,故事才刚刚开始。鲸落不仅被认为是深海化学共生物种扩散的“垫脚石”,而且还被认为是化学自养的无脊椎动物在进化过程中向外界排放和渗透环境的“垫脚石”。这具巨大的尸体沉入海底,在那里,它为原本大部分贫瘠的海底的深海生态系统提供食物。

鲸落后发生了什么?

鲸落生态系统有几个阶段:

第一阶段(移动清道夫),这个阶段持续数月至数年。其特点是鲨鱼、黑鱼、鼠尾和无脊椎动物食腐动物以高速度(每天40-60公斤)清除软组织和鲸脂。

中山大学谢伟副教授介绍说,此次发现的鲸落,附近有数十只白色铠甲虾、红虾、以及数只鼬鳚鱼,尾部甚至可以观察到有鼬鳚鱼在撕扯肌肉,表明它尚处在第一个阶段,推测很有可能是一只死亡不久的鲸,具有长期观测的价值:在第二阶段(机会主义者阶段),蠕虫、甲壳类动物和软体动物以剩余的鲸脂为食,经常在鲸鱼下方富含营养的沉积物中大约两年。第三阶段是化能自养阶段。 在这个阶段,诸如硫细菌的各种生物的富集物种以骨骼中的脂质为食,并通过厌氧分解而释放出硫化氢。 亲硫细菌利用这种硫化氢产生能量。 贻贝,管状蠕虫,使猪鬃蠕虫和这些细菌一起生活。最后一个阶段,礁岩阶段。当残余鲸落当中的有机物质被消耗殆尽后,鲸骨的矿物遗骸就会作为礁岩成为生物们的聚居地。大型鲸鱼骨骼上的局部物种多样性高于其他任何深海硬质基质群落。针对鲸落的研究

自然形成的“鲸落”

鲸鱼尸体为缺乏食物的生物群以及具有进化新奇性和生物多样性的地方提供集中的有机物质来源,在深海创造了非凡的栖息地。尽管已经描述了鲸落的许多动物区系模式,但这些群落的生物地理学仍然鲜为人知,特别是在东北太平洋以外的盆地。有科学家研究了迄今为止最深的自然鲸落群落组成(在大西洋西南部4204 m深处)。这是首次在大西洋深处发现自然鲸落的记录。

在大西洋西南部4204 m处,使用载人潜水器“新开6500”发现的部分南极小须鲸骨架由9个尾椎骨组成,其退化状态表明它在海底5-10年。9个椎体编号,呈淡黄色,圆形椎间盘较深。椎骨的编号是从动物的后端到头部。

在鲸落地点采集的物种包括加拉泰德蟹、一种新的红螺和多毛类蠕虫,还有其他新的物种等。在鲸鱼尸体中发现的41种物种中,大多数是新发现的:

鲸落及周围沉积物和岩石上的表生动物分布:

在大西洋西南部圣保罗海脊4204 m深度的鲸落处采集到的一些最丰富的生物:

鲸落营造了完整的生态系统,甚至产生了新的物种。研究首次发现许多专属鲸落和以前只在化学合成生态系统中发现的其他物种的跨流域分布,这些物种以前只在其他化学合成的生态系统中出现过。研究中还发现一些动物群似乎与东北太平洋的动物群有关。

在西北太平洋深处模拟“鲸落”

自然鲸落的发现充满偶然性,不方便进行阶段性的研究。因此有科学家模拟了鲸落,可以定期进行系统地研究。

2002年2月1日,日本政府将12头之前搁浅死亡的抹香鲸尸体装载在船上,并将其沉入九州岛西南端的Nomamisaki角附近200-300米深的水域。鲸鱼的内部已经腐烂,但外部形态没有受到严重破坏。随后,在2003年、2004年和2005年,使用ROV超海豚对其中5头鲸鱼进行了研究。2003年7月进行了10次潜水(跳水编号189-198),2004年7月进行了6次潜水(跳水编号328-333),2005年7月至8月进行了11次潜水(跳水编号452、453、456-459、462-466),对鲸鱼进行采样研究。具体见下表:

这是2003-2005年里对与抹香鲸鲸落有关的所有软体动物群监测情况,包括双壳纲、腹足纲、掘足纲三纲共23个类群:

这是2003-2005年里对与抹香鲸鲸落有关的所有多毛动物群监测情况,包括蠕形亚纲和触须亚纲共22个类群,在放置1.5年的鲸鱼尸体中,沙蚕科、头节虫科和多节虫科占所收集的多毛类动物总数的70%以上:

然后,这是2003-2005年里对与抹香鲸鲸落有关的所有甲壳动物群监测情况,包括介形亚纲、 软甲亚纲等,共42个类群:

这是其他与抹香鲸鲸落相关的显著分类群,共25个:

2003年7月(安置后1.5年),科学家观测了219-254米深处的四具鲸鱼尸体。发现大多数软组织,如内脏和肌肉都被消耗掉了,但仍有大量的头部和脂肪组织残留(下图a和d)。

2004年7月,在鲸鱼尸体安放2.5年后,科学家进行了第二次观测。发现所有骨骼的椎骨下半部分大多埋藏在沉积物中,其棘突几乎消失(下图b)。头骨已经相当严重地分解了。椎骨之间的结缔组织消失了,但头骨和鲸脂中的大量软组织仍然存在。

2005年7月至8月,在鲸鱼尸体沉没3.5年后,科学家进行了第三次观测。骨头被深埋在沉积物中(下图c),但头部软组织和一些鲸脂仍然存在。

1.5年后,抹香鲸尸体周围出现了密集的生物组合。比如相关的贻贝物种,覆盖了头骨、肋骨、骨骺和椎骨最外露的表面:

2.5年和3.5年后,鲸鱼胴体的物种丰富度较高(1.5年、2.5年和3.5年分别为44、56和85个类群),1.5年时生物量最大。下图都是与鲸落有关的丰富生物:

研究充分证明了鲸落创建出的一套完整的、复杂的生态系统,构成了海底的生态圈。

总结

当鲸鱼死亡并沉没时,鲸鱼尸体为深海生物提供了一个突然的、集中的食物来源和财富。鲸鱼尸体分解的不同阶段支持了一系列海洋生物群落。清道夫会在几个月内吃掉软组织。有机碎片或碎屑可使附近的沉积物富集一年以上。鲸鱼骨骼既可以作为无脊椎动物定居的硬基质(或表面),也可以作为鲸鱼骨骼有机化合物腐烂产生硫化物的来源,可以支撑丰富的群落数年至数十年。微生物依靠这些化学反应释放的能量生存,并在食物来源持续的时间内形成生态系统的基础。在深海,这形成了一个新的食物网,并提供能量支持单细胞和多细胞生物,从而增加了海洋的食物链。

所以,称鲸落是深海生命的绿洲。