在一次罕有的湖泊鉆探任務中，一千米厚的冰層下方驚現古代甲殼類與緩步動物遺骸。
距南極點600公里處有一片深埋于冰下的湖泊，科學家最近在那里鉆探時發現了令人驚訝的古代生命的痕跡：保存于一千米厚冰層下的微型動物遺骸。
研究人員用熱水鉆鑿通一千米厚的冰層，制造出一個直徑僅有60厘米的通道。
來源：Billy Collins/SALSA Science Team
這些比罌粟種子還小的甲殼動物和緩步動物（又稱“水熊蟲”）都是在南極洲的冰下默瑟湖（Subglacial Lake Mercer）里被發現的。這片水體數千年來未曾有人造訪。時至今日，人類也只是通過探冰雷達以及其它遙感技術間接地觀測過默瑟湖。但這一切在去年12月26日改變了：一批由美國國家科學基金會（NSF）資助的研究者成功地在冰層里熔出了一條直抵下方湖水的通道。
來自美國內布拉斯加大學林肯分校的微體古生物學家David Harwood說，在湖里發現那些動物“完全出乎意料”。他是 “南極冰下湖泊科學考察”（SALSA）科考隊的一員。
當生物學家們認識到至少一部分來自默瑟湖的生物是“旱鴨子”時，他們的好奇心愈發強烈了。其中長有八條附肢的緩步動物與已知生活在潮濕土壤里的物種相似，而看起來像是線蟲的生物實際上則是陸生植物或真菌的卷須。盡管科學家們還無法排除那些甲殼動物是海洋居民的可能性，它們一樣也可能來自被冰覆蓋的小型湖泊。
研究者目前認為，在冰川退縮的短暫溫暖期內（過去1萬年里，或12萬年前），這些生物生活在南極橫貫山脈（距默瑟湖大約50公里）的池塘和溪流里。在那以后，隨著氣候變冷，冰雪摧毀了這些生命綠洲。
關于那些甲殼動物和緩步動物是怎樣到達默瑟湖的仍然沒有定論。SALSA團隊正嘗試用碳測年來確定樣本的年代并試圖對它們的DNA進行測序，答案可能隨之到來。將那段歷史拼湊起來也許能夠告訴我們數千年前南極洲冰川退縮的更多信息，比如具體的時間點，以及后退了多少。
“真是太棒了，”加州大學圣克魯斯分校的冰川學家Slawek Tulaczyk說，“這個發現絕對讓人始料未及。”Tulaczyk并不是SALSA團隊的成員，但他從上世紀90年代開始就已經在研究從冰川冰層下取來的沉積物了。根據他的說法，以前從來沒有在冰蓋下發現過類似的東西。Tulaczyk是此前唯一一次鉆探南極冰下湖泊的科考行動的負責人之一。那是在2013年的惠蘭斯湖（Lake Whillans，距默瑟湖50公里），他們發現湖里滿是微生物，但沒有找到存在更高等的生命形式的跡象。
來源：SALSA; M. R. Siegfried & H. A. Fricker Ann. Glaciol. 59, 42–55 (2017).
像默瑟湖這樣的情況，Tulaczyk認為有可能是冰面下的河流把山里的動物遺骸和真菌沖到了湖里。而另一種可能則是這些生物原來被凍在某條冰川的底部，當冰川前進的時候，它們也隨之被裹挾著拖曳到山外。換句話說，理解南極橫貫山脈一段久遠歷史的關鍵也許埋藏在它50公里以外的一片湖泊底下。
冰封于時間之河
2018年12月30日，SALSA的科學家從湖里升起一臺測量了湖水溫度的儀器，然后在它的表面刮下一些灰褐色的淤泥，研究由此拉開了帷幕。
Harwood把淤泥拿到顯微鏡下觀察，他看到的東西與自己的預期一致：硅藻的硅質外殼，以及存在于數百萬年前、能夠進行光合作用的藻類（當時南極洲的氣候更為溫暖，一片不凍的海洋覆蓋著如今默瑟湖所在的地區）。
但隨后他在玻璃一樣的硅藻碎片里看到了一些與之格格不入的東西：一具足仍附著其上、形似蝦的甲殼動物的外殼。這個動物的頭胸甲長有斑點并且已經褪色。Harwood說它“就好似一片已經掉落地面很久的枯葉一般”。
這位古生物學家很快就發現了另一塊甲殼類頭胸甲的碎片。這一片是健康的琥珀色，還有纖細的剛毛豎立在上面。“它看起來相當新鮮，”Harwood說道，“彷佛一直活著一般。”在這方與世隔絕的黑暗水洼里也許有活物徘徊，這樣的想法似乎既合情合理又異想天開。
湖水樣本里含有足夠支撐水生動物生存的氧氣，并且充滿了細菌（每毫升至少10000個細胞）。Harwood想知道最初來自于海洋的小型動物是否可能在湖里通過攝食細菌維生。
一臺儀器正在將采集的湖底淤泥運回地面。
來源：Kathy Kasic/SALSA Science Team
可能還有其它理由使海洋動物進入了默瑟湖。5000至10000年前，冰蓋曾短暫地變薄過，這讓海水得以涌進厚達數百米的浮冰底部，并流到如今默瑟湖所在的地方。當冰蓋再次變厚，像扣在海底上面的蓋子時，之前被海水帶進來的動物就可能被困在重新與外界隔離的湖里。
潮起潮落
科學家知道在南極洲的其它地區發生過情況類似但程度上沒有這么極端的事件。南極大陸的逐漸抬升將較淺的海灣變成了互相隔開的湖泊。在其中一些湖里，小型海洋橈足類甲殼動物似乎已經繁衍生息幾千年了，而且有很長一段時間它們可能是被困在數米厚的永久冰層下面的。
那些被冰覆蓋的湖泊依然會受到微弱的陽光照射，這為甲殼動物提供了藻類作為食物。但像默瑟湖那樣的冰下湖泊，里面的生存環境更嚴酷——陽光無法穿透上方的冰層。因此，細菌通過攝取礦物質及來自數百萬年前（當時湖床還是大洋的一部分）就存在的微型浮游生物和硅藻的有機物質成活。大多數生物學家并不相信這些湖泊里的細菌的生長速度能快到為哪怕體型最小的水生動物提供食物。
SALSA項目的負責人John Priscu是來自美國蒙大拿州立大學的湖泊生態學家。當《自然》雜志在今年1月3日（發現動物遺骸的數天后）通過衛星電話與他取得聯系時，他出言謹慎但又顯得很興奮。Priscu擔心他的團隊在湖里發現的生物殘片可能只是沒有清洗干凈的設備所攜帶的污染。“我對下結論慎之又慎，“他說道。可他也承認在默瑟湖里發現活物這種可能的存在。如果那確實發生了，“那將是一個真正令人驚嘆的時刻”。
為了排除污染的可能性，SALSA團隊把設備重新清洗了一遍，然后采集了更多的淤泥。當Harwood在顯微鏡下觀察新的湖泥標本時，他還是能找到甲殼類動物的外殼以及看起來有一點類似線蟲的生物。然而，不論是他還是駐扎在SALSA營地的其余隊員都不是研究動物的專家。因此，必須等到有其他科學家看過樣本以后才能有一個更可靠的解釋。
來自過去的明信片
那一刻很快在1月8日到來了。麥克默多站（McMurdo Station）是隸屬于NSF的一個南極基地，它坐落于默瑟湖西北900公里處的南極洲海岸。在那里，一位名叫Byron Adams的動物生態學家使用顯微鏡檢視一小團湖泥，很快便看到了一些熟悉的生物。對于它們的重要性，他的腦海里開始有了新的見解浮現。
Adams來自美國楊百翰大學，他沒有參加此次SALSA科考行動。Adams將那些類似線蟲的物體鑒定為線狀植物或真菌。南極洲有片區域叫干谷（Dry Valleys），他曾在那個沒有冰川的地方見過它們，而那里也有甲殼動物和緩步動物（包括活體和死體）。他還在穿過南極大陸腹地的南極橫貫山脈里看到過這些生物。
Adams幾乎可以肯定這些生物在被科學家從湖里撈出來的時候已經死亡數千年了。他認為它們曾經生活在南極橫貫山脈，然后在死亡后的某個時間點被轉移到了默瑟湖（這個時間點可能是數千至數萬年前的任一時刻）。比起湖里發現的其它被認為存在于數百萬年之前的古生物如硅藻，這些生物的遺骸還很年輕。
“關于默瑟湖里的那些東西，比較讓我驚訝的一點是它們并不是非常非常地古老，”Adams說道，“它們并沒有死去很長時間。”這類保存完好的生物遺骸為研究者提供了一個有趣的研究機會。通過確定它們生活在多久以前，以及需要什么樣的生存環境，生物學家就能夠了解一些有關南極洲過去冷暖交替的信息。
冰封默瑟湖數千年的巨大冰蓋的底部。
來源：Bob Zook和John Winans/SALSA Science Team
這類重建大陸歷史的工作通常落在地球科學家身上，但這一次就不同了。“生物學開始介入這個問題的討論了，我覺得這很棒，”Adams說，“生物學向我們傳遞的信息是——你們冰川學家為什么不回去重新思考你們的模型。”
1月5日，SALSA的科學家封上鉆孔，結束了他們在默瑟湖的工作。隨著他們帶著采集的樣本撤離，項目進入了一個更為緩慢又條理清晰的階段。在接下來的幾個月里，研究團隊將嘗試通過放射性碳測年來判定動物遺骸的年代。這將揭曉它們是否晚于4萬年前左右。
SALSA的研究人員也將嘗試對來自生物遺骸、淤泥和湖水里的DNA碎片進行測序，希望鑒定出他們發現的甲殼動物是屬于海洋種還是淡水種。而通過對遺骸中的碳進行化學分析，也將能夠確證那些動物究竟是曾生活在一個有光照的生態系統里，并以光合藻類為食；抑或它們可能是在黑暗的冰下環境里存活了一段時間。
Adams還沒有完全放棄曾經有動物生活在冰層下方（甚至現在還生活在那里）的可能性。當他檢視默瑟湖底的淤泥時，他“希望找見一些活物——那才是我想看到的。”可是樣本太少了，僅僅只有一茶匙的量。Adams說如果自己能夠研究更多湖泥的話，“也許仍然可以在里面找到活物。”
原文以EXCLUSIVE: Tiny animal carcasses found in buried Antarctic lake為標題
發布在2019年1月18日的《自然》新聞上
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Nature|doi:10.1038/d41586-019-00106-z
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本文由施普林格·自然上海辦公室負責翻譯。
