揭開硅藻擴散之謎

硅藻擴散之謎：被超級火山噴發吹至高空

這張假彩色圖片上的硅藻來自新西蘭陶波火山的古老火山灰，已有25000年的歷史。

近日一項研究稱，硅藻不僅能被火山灰雲帶到同溫層並存活下來，之後它們還會飄落到距離遙遠的島嶼上。研究作者亞歷克斯·範·伊頓(Alexa Van Eaton)說：“一邊是精緻的、有硅質外殼的生物體，另一邊是地球歷史上最強烈的噴發活動之一，二者之間的對比何其之大。”她同時在華盛頓州喀斯卡特火山觀測臺和亞利桑那州立大學開展博士後研究。

這些硅藻是被25000年前新西蘭北島的陶波火山超級噴發帶到空中的。範·伊頓在9月6日的《地質學》(Geology)雜誌中稱，有超過6億立方米的硅藻被從一個湖泊“吹”到了空中。如果這些硅藻團在一起，其體積將與夏威夷久負盛名的鑽石頭山(夏威夷瓦胡島的一座死火山)相當。

一些硅藻甚至飄到了新西蘭以東850公里處的查塔姆羣島。“它們是坐上了順風車，”範·伊頓說，“如果它們在那裏存活下來，就意味着微型生物能通過這種方式長途旅行並彼此相遇。”查塔姆羣島上原始的硅藻殼體表明，這些硅藻能夠通過大氣氣流傳播並佔據新的生態位。

硅藻的世界

硅藻統治着地球的各種水域。從南極的冰湖到酸性的溫泉，再到普通家庭中的水族箱，硅藻無處不在。美國德州大學的硅藻專家兼進化生物學家愛德華·塞里奧特(Edward Theriot)說，這其實是一件好事，這些微小的生物提供了地球50%的氧氣。塞里奧特並沒有參與這項研究。

不同物種的硅藻外形各異，有的像小型的培養皿，有的像足球。它們一生都隨着水流漂浮。硅藻並不會游泳，它們是如何擴張並佔據新領地的，依然是一個謎題。硅藻的擴張速度極快。14000年前，當懷俄明州的黃石湖剛剛從上公里厚的冰層中冒出來時，硅藻很快就出現在湖水中。塞里奧特說：“它們或者是被某種機制吹到了這裏，或者由水鳥攜帶而來。”

硅藻特別喜愛火山湖泊，因爲它們是唯一能長出硅質外殼的生物(玻璃海綿雖然也能長出硅質骨針，但並不能形成堅硬的外殼)。富含硅質的岩漿常常引起火山噴發，留下日後被湖水填充的火山口。硅是硅藻形成外殼的關鍵元素。塞里奧特稱，黃石湖就坐落在一個由超級噴發所形成的巨火山口中，湖水中硅藻數量之大，使得湖底沉積物大部分由硅藻外殼組成(佔重量的85%)。

新西蘭北島陶波火山的超級噴發將大量的硅藻帶到了同溫層，完好保存

陶波火山的超級噴發穿透了一個填滿裂谷的深水湖泊——與東非大裂谷中那些狹長的湖泊類似。水和火山灰的結合形成了恐怖的雷暴，雲層厚且風力極大。範·伊頓說，爆炸使火山灰和藻類以超過400公里每小時的速度向上噴出。火山冰雹(被稱爲團積火山礫)擊打着方圓數公里以內的地面。

範·伊頓是在對火山冰雹做電子顯微鏡掃描時發現這些硅藻的。“我第一次見到它們時，是在觀察一些火山灰團塊，突然間，這些美妙的、對稱的外殼出現了，”她說，“它們的外殼被完好地保存下來。”

範·伊頓很快就確認出在火山灰內發現的3種硅藻中，有一種只出現在新西蘭的北島。這意味着，她有了一個獨一無二的生物標記，來追蹤南太平洋周圍25000年前的火山灰層的來源。結果發現，北島獨有的這種硅藻出現在了查塔姆羣島上的火山灰中。事實上，這些硅藻到達查塔姆羣島的路程遠比地圖上看起來長得多。範·伊頓及其同事推測，當時盛行西向的風，因此這些硅藻在南半球盤旋許久後才落到了查塔姆羣島上。

有些硅藻依然保持着當初的顏色，無論是在靠近火山口的火山灰中，還是在查塔姆羣島上。範·伊頓說，這些顏色表明它們並沒有在火山噴發的過程中經歷過極端的高溫。

孢子飄浮的天空

儘管這些硅藻十分原始，但塞里奧特懷疑硅藻是否能在火山噴發中存活下來。他推測使硅藻的休眠孢子藉助大氣氣流進行長途旅行，然後落下並佔據新的生態系統。正是利用孢子，硅藻才能躲過惡劣的環境變化。兩年前，丹麥科學家成功使當地峽灣渣土中休眠了上百年的孢子復活。科學家在雲層中也發現了休眠的孢子。塞里奧特說，火山噴發很可能將湖底的孢子“發射”到了天空中。

“我和其他許多人都曾經開玩笑說，黃石的火山又一次將黃石湖底部的硅藻土炸到了空中，並四散傳播，”塞里奧特說，“在這類現象中，(黃石湖)是研究得最透徹，也記錄得最爲詳細的例子。因此我們真的可以將火山列入(硅藻如何傳播)的可能性列表中。而且火山是特別高效的。”

範·伊頓希望這一發現能夠促使其他科學家在“潮溼噴發”(wet eruptions)——即岩漿與水碰撞的地方——中搜尋微型生命。“這是一個確定火山灰沉積來自何方的潛在工具，”範·伊頓說，“如果能夠鑑定出某些微生物是某個地區獨有的，那你就可以爲火山沉積物確定一個生物指紋。同樣的原理也可能存在於現代的火山噴發中，但沒有人花時間來尋找它們。”

火山灰常常能擴散到數百公里以外，但一旦遠離了最初的源頭，要確定少量的火山灰來自哪座火山就變得非常困難。特別是在南太平洋，這裏的火山一直都在噴發。塞里奧特同樣懷疑硅藻是否能有效地追蹤火山灰。硅藻是全球廣泛分佈的生物類羣，我們很難找到某個地區特有的硅藻種類。“如果你在俄亥俄州的一處泥潭中發現了含有硅藻的火山灰沉積物，你很難確定這些硅藻是來自黃石，還是來自那個泥潭，”塞里奧特說，“這需要有一系列非同尋常的環境，如新西蘭的這種與當地種類格格不入的硅藻，才能使人確信它們確實是隨着火山灰飄過來的。”(任天)