公牛藻遗传信息揭示了地球历史之谜-

**编者按：**如何通过研究现存物种的基因多样性，来揭示过去的环境变化和地质事件？这些基因数据如何帮助科学家们还原历史的地球情景？“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到一篇发表在《hakaimagazine》上的最新的报道《海藻记录环境灾难》。该报道的视角很有意思。后来小编又找到了这篇发表在PNAS上的原文。为助力全球环境治理、为我国学者提供信息供决策参考，“海洋与湿地”平台将有关信息分享信息如下，供感兴趣的读者们参阅。
2016年11月14日，新西兰的凯库拉镇发生了一场巨大的地震，这个小镇瞬间沦为废墟，夺去了两名无辜的生命，引发了一场海啸，还将海岸线抬升了整整6米。然而，这次地震不仅仅是一场灾难，它还掀开了地球历史的一道新窗户。科学家们塞丽德温·弗雷泽和乔恩·沃特斯，通过观察被地震摧毁的海藻，以及通过研究公牛藻的遗传多样性，揭示了地球上曾经的环境灾难，甚至揭示了冰川时代的真相。

海带是人们餐桌上喜爱的海味，也是一种在地球的南半球海岸线上生长茂盛的植物。然而，它不仅仅是美味佳肴的来源，还是一本厚重的历史书，悄悄地记录了地球上各种地质和气候事件。科学家们通过研究公牛藻的遗传多样性，揭示了过去的生态灾难，甚至证实了已知的历史事件。这一发现不仅对科学家们有着重大的意义，还让我们更好地了解了地球的历史。

在过去的几十年里，科学家们一直在寻找新的方法来了解地球历史上的环境变化。传统的方法包括采集海底的岩石核心，以确定过去的气候和地质事件。然而，这种方法昂贵且耗时，限制了研究的范围。然而，弗雷泽和沃特斯的方法完全不同，他们通过观察海藻的遗传多样性来了解过去的生态变化，这一方法打开了一扇全新的“窗户”，让我们可以深入一窥地球历史的种种谜团。

公牛藻（拉丁学名Durvillaea antarctica，英文名Bull Kelp）是一种在南半球海岸线生长茂盛的植物，它们通过漂浮在洋流中传播其遗传信息。它们也被称为海茸，是本研究的主角。

不过，公牛藻的“定居”是一个高风险的“先到先得”的游戏。在任何时刻，估计有大约7千万个公牛藻的片段漂浮在南大洋的洋流中。这种藻的叶片、以及生活在上面的微小生物，可以漂流到几乎任何地方。新西兰坎特伯雷大学的海洋生态学家大卫·席尔说，公牛藻几乎天生就是为长途旅行而生的。“当它折断时，它可以漂浮。它可以在几个月内保持活跃，并继续进行生殖周期。”

然而，即使有大量的公牛藻在海洋中漂浮，遥远的岛屿之间的基因交流却并不流畅。“我们总是认为如果某物从A到B，那么种群之间必定存在基因流动”，弗雷泽说。但是，因为当地海藻种群拥有更强大的竞争优势，漂流到已经有海藻覆盖的海岸线几乎没有机会生根。这意味着当地居民有更大的机会在繁殖中胜出。

席尔说，如果一块漂浮的公牛藻飘呀飘，碰巧漂到已经生长大量藻类的海岸，那么它是几乎没有机会生根的。公牛藻最有机会在完全裸露的岩石上被冲上岸。一旦到达那里，它需要将自己的精子或卵与异性的能够进行生殖的成员相结合。尽管“很难占领那个地方”，席尔说，“但是当发生地震、海洋热浪或其他致命的灾害时，突然之间变得没有‘本地居民’（本地藻）来与‘移民’竞争，那么，当一些‘移民’到达时，它们的所有配子都有很好的机会占据地位。”

也就是说，当地的生态平衡可以在地质或气候事件发生时迅速瓦解，在这种情况下，事情就不一样了。当地的海藻床被摧毁后，新的海藻“定居者”可以迅速占领空缺，从而改变了基因流动的规律。

这项发现中，最令人惊奇的是，公牛藻的遗传信息还可以用来证实已知的历史事件，甚至发现以前未记录的灾难。这一发现对于理解地球历史上的地质和气候事件有着重大的意义，因为它揭示了这些事件对生态系统的深远影响。通过观察公牛藻的遗传多样性，科学家们可以确定地球上的某些地区曾经经历了巨大的地质和气候变化，这些事件在历史上可能被忽视或遗忘。今天的基因科技，让人类能够更好地理解地球的历史，包括地壳运动、地震、冰川期和其他重大事件。

在该报道中提到：刚开始科学家们是不解的；但是经过将近20年的发展，到了2023年，弗雷泽和沃特斯有机会将他们的方法彻底颠倒过来，真正证明其价值。在新西兰南岛东北端的拉兰吉附近的一个海岸岩石平台上，这个研究团队偶然发现了另一个奇怪的海藻基因群体。他们发现，这些海藻与远在300公里之外的种群共享相同的基因。显然在这里发生了某种事件——随后的地质研究证实了海藻的发现：大约2,000年前，拉兰吉平台在一次地震中被抬升。

上图：奥塔哥大学的研究人员利用激光雷达（LiDAR）测绘和海藻遗传学，在马尔堡的拉兰吉（Rarangi）发现了一个之前未被发现的海岸隆起区。这些发现揭示了一个海拔1米的隆起区域和一个海藻物种，该物种在一次古代地震后灭绝、并重新拓殖，凸显了地震活动对海岸景观和物种的持久影响。图片来源：新西兰奥塔哥大学

也就是说，这项研究的另一个重要发现是，通过公牛藻这个“窗户”，可以推测出地壳运动的速度。根据研究，要摧毁公牛藻，地壳必须迅速上升两米或更多。但是如果地壳上升速度较慢的话，那么坚韧的海藻床可以继续存活并逐渐适应新的环境。这一发现为地质学家提供了一种新的方法，用来确定地壳运动的速度和强度，从而更好地理解地球的地质历史。

原文细节很有意思，感兴趣的读者可以参看原文：

https://hakaimagazine.com/news/kelp-keeps-a-record-of-environmental-calamity/

（注：本文仅供信息了解，供全球环境治理专家学者和感兴趣的读者参考。）

编译：Qianjia

编辑：Sara

【参考资料】

1.H Beckett, OK Hansen, S von der Heyden, GF Midgley, A natural terminal Pleistocene decline of African penguin populations enhances their anthropogenic extinction risk, African Journal of Marine Science, (1-6), (2023).

https://doi.org/10.2989/1814232X.2023.2171126

https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.0810635106

2.Kelp Keeps a Record of Environmental Calamity

https://hakaimagazine.com/news/kelp-keeps-a-record-of-environmental-calamity/

3.https://eol.org/pages/968963

4.Perry, F. (2023). Microclimates in the holdfasts of bull kelp (Durvillaea spp.) and the thermal physiology of the associated invertebrates (Thesis, Master of Science). University of Otago. Retrieved from http://hdl.handle.net/10523/15405

5.Integratingkelp genomic analyses and geological data to reveal ancient earthquake impacts” by Felix Vaux, Ceridwen I. Fraser, Dave Craw, Stephen Read and Jonathan M. Waters, 17 May 2023, Journal of The Royal Society Interface.
DOI: 10.1098/rsif.2023.0105

6.Hidingin Plain Sight: Researchers Reveal Impact of Ancient Earthquake
https://scitechdaily.com/hiding-in-plain-sight-researchers-reveal-impact-of-ancient-earthquake/