Multiscale architecture and composition of two South Australian Bryozoa: Celleporaria cristata and Densipora corrugata

在澳大利亚海岸凉爽、温和的海水深处，一种被称为苔藓动物（bryozoans）的微小群体动物正在建造复杂的石质住所。这些生物通常被称为“苔藓动物”，它们并非单一的个体，而是由无数微小的克隆体共同协作而成的庞大群落。几个世纪以来，科学家们一直知道这些群落是由碳酸钙组成的，这种矿物质也存在于石灰岩和贝壳中。然而，关于这些动物如何构建其骨骼，以及这些骨骼可能蕴含着哪些关于它们生存环境的秘密，其背向后的故事在很大程度上仍处于隐藏状态。挑战在于规模：这些结构如此之小，以至于需要强大的显微镜才能观察到，而且它们所包含的化学信号极其微弱，极易被标准工具忽略。了解这些微小的建筑师至关重要，因为它们是世界碳酸盐沉积物的主要贡献者，并且只要我们能学会解读写在它们石墙中的化学语言，它们的骨骼就有潜力成为海洋状况的历史记录。

一支研究团队致力于通过研究发现于南澳大利亚海草床中的两种特定苔藓动物物种，来解码这种语言。尽管这两个物种属于在数亿年前就已分化的不同进化家族，但它们进化出了几乎完全相同的外观。两者都形成了沿着海草茎部生长的梭形群落，表面具有一系列显著的脊状突起。科学家们想要探究，这种惊人的形态相似性是否意味着它们以相同的方式建造家园，或者它们古老的差异是否仍然决定了其微观层面的构建细节。为了找出答案，他们使用了一套先进的成像技术，对这些群落进行了从整体动物大小到构成其墙壁的单个矿物颗粒的细致观察。

调查首先从观察群落的整体形状和内部布局开始。利用高分辨率3D扫描技术，研究人员证实，虽然外部形状近乎孪生，但它们居住的内部房间却有着本质的区别。在一个物种中，居住室是箱状的，而在另一个物种中，则是长管状的。这种差异反映了它们截然不同的进化历史。然而，当团队进一步缩小范围，观察墙壁本身时，他们发现了惊人的共同点。这两个物种都是利用微小的扁平矿物板和细小的颗粒状碳酸钙簇来建造墙壁的。在最微观的层面，两者都是由纳米颗粒（尺寸在65至250纳米之间的微小圆形颗粒）构成的。这表明，尽管进化路径不同，这两类动物都使用相同的基本构建模块来组装它们的石质住所，很可能是通过将这些微小颗粒粘合在一起来形成的。

随后，研究人员将注意力转向这些石墙的化学成分，特别是寻找镁元素——一种在碳酸钙形成过程中经常被捕获的元素。他们发现，这两个物种都在其骨骼中掺入了镁，但掺入的方式却大不相同。在具有管状腔室的物种中，镁集中在与群落表面外部脊线完美对齐的清晰条带中。这一模式引导科学家提出了一个引人注精辟的假设：这些脊线可能是年度生长痕迹，类似于树木的年轮。由于海洋生物中的镁含量通常在温暖的夏季月份上升，高镁含量的脊线可能代表了快速生长的夏季时期。如果这一假设成立，这些群落可能已有数年的历史，而脊的数量则指示了它们的年龄。相比之下，另一个物种的镁则以不规则条带的形式散布在其墙壁中，与外部形状没有明确的联系，这使得使用同样的方法来确定其年龄变得不可能。

除了矿物质之外，团队还研究了陷于石材中的有机材料。所有建造硬壳的生物都会混入一些有机分子（如蛋白质和糖类），以引导矿物的形成。研究人员发现，这两个物种使用了截然不同的有机配方。具有箱状腔室的物种拥有富含蛋白质的墙壁，这些蛋白质似乎是作为一种保护性的外皮（或角质层）的一部分，随着动物的生长而被整合进墙壁中。而缺乏这种外皮的另一个物种，其墙壁则充满了位于矿物颗粒之间的富含碳水化合物的有机层。这种差异凸显了即使是外观相似的两种动物，在构建骨骼的内部生物策略上也可能完全不同。

研究结论指出，虽然这两类苔藓动物为了在同一环境中生存而趋同演化出了相似的形状，但其内部构造仍然见证了它们独特的进化过去。研究结果为观察这两类动物提供了一种新视角，即具有富镁脊线的物种可以作为过去海洋温度的天然记录器。通过计数脊线并分析其化学成分，科学家或许能够重建这些海草生态系统中夏季变暖的历史。这项工作不仅描述了这些动物如何建造家园，更开启了一扇门，让我们能利用它们的石质住所作为监测海洋变化的工具，将微小的群落转化为观察过去气候的窗口。