一组研究人员利用氮同位素分析揭示，来自埃菲尔和绍尔兰地区的珊瑚，追溯到3.85亿年前，与共生生物体存在关系。这一发现标志着珊瑚中的光合共生作用的最早已知实例。理解这种关系可以阐明古代珊瑚礁在缺乏营养的环境中如何达到了如此巨大的规模。
由美因茨麦克斯·普朗克化学研究所的科学家带领的团队进行了氮同位素分析，证明来自埃菲尔和绍尔兰地区的珊瑚，已经有3.85亿年的历史，具有共生伙伴。这是一个重要的发现，因为这是珊瑚中光合共生作用的最早记录。这种关系可能有助于解释古代珊瑚礁在营养匮乏条件下的巨大生长。
珊瑚礁是地球上最丰富多样的生态系统之一，常被比作海洋中的雨林。现代造礁珊瑚起源于三叠纪，大约在2.5亿年前。它们常与微小的生物体，主要是藻类进行共生关系，这些生物体进行光合作用。这种共生关系在养分稀缺的水域尤为有利，因为它使珊瑚能够循环有限的资源。
地质记录表明，珊瑚在泥盆纪时期就存在，那时已经超过3.85亿年前，包括在德国埃菲尔和绍尔兰地区发现的珊瑚。现已灭绝的珊瑚目如井状目（通常称为“蜂窝珊瑚”）和角珊瑚目（“角珊瑚”）的化石表明，莱茵山区曾在中泥盆纪时期淹没在热带海域，那里曾繁荣生长着大型珊瑚礁。然而，尚不确定这些古代珊瑚在那时是否与光合共生体具有共生关系。
来自麦克斯·普朗克化学研究所、法兰克福歌德大学以及法兰克福森肯贝格研究所和自然历史博物馆的研究团队现已证明，某些来自中泥盆纪的灭绝珊瑚确实是共生的。这一发现为这一古代时期珊瑚中光合共生的存在提供了地球化学证据。
研究共生与非共生珊瑚
研究人员通过比较现代共生珊瑚与非共生珊瑚有机物中的氮同位素比率，识别出了这种共生关系。氮同位素，尤其是“重氮”（15N）与“轻氮”（14N）的比率，对于评估食物链中不同位置非常有价值。通过分析这些同位素，研究人员可以确定一个生物体是以植物为基础的饮食还是肉类为基础的饮食。食物链中越高的生物，其氮同位素值往往越高，因为相对于重氮，轻氮的代谢和排泄速度更快。
通过对现有珊瑚的检查，研究人员注意到明显的区别：主要从光合藻类中获取能量的珊瑚表现出较低的氮同位素值，而那些以捕食浮游生物为生的珊瑚则显示出较高的值。
来自麦克斯·普朗克化学研究所的乔纳森·丞说：“一致的氮同位素差异符合我们的预期，表明食物链中的典型进展。这表明共生珊瑚处于非共生珊瑚之下。”丞是发表在《自然》杂志上的这项研究的主要作者。
分析来自不同地区的化石样本
共同作者、启动研究的科学家西蒙·菲利克斯·佐佩来自法兰克福歌德大学，他解释说：“通过这个知识，我们可以探索泥盆纪时期珊瑚所占据的生态位。”为了实现这一目标，研究人员研究了从绍尔兰新收集的化石珊瑚，以及来自埃菲尔、西撒哈拉和摩洛哥的博物馆标本，后者来自法兰克福森肯贝格研究所和自然历史博物馆。
一个挑战是，化石中进行分析所需的有机物质极其稀少。然而，由麦克斯·普朗克化学研究所的阿尔弗雷多·马丁内斯-加西亚领导的团队开发了一种新分析技术，仅需要几毫克的研磨细腻的化石珊瑚。
这些化石的发现同样表明不同珊瑚物种之间的氮同位素存在显著差异。通常，来自井状目和角珊瑚目形成的群落形成的珊瑚表现出较低的氮同位素值，而来自角珊瑚目的大部分孤立珊瑚则显示出较高的值。这使科学家推断某些珊瑚物种在中泥盆纪时期就已经处于光合共生状态。“光合共生有助于解释古代珊瑚礁不仅高效生产，而且在低营养环境中也是巨大的，”阿尔弗雷多·马丁内斯-加西亚说道。
这项研究为进一步探索古生代时期的营养循环奠定了基础，古生代包括泥盆纪。这些发现可能有助于阐明到泥盆纪末期期间珊瑚和其他珊瑚礁物种的大规模灭绝现象与海洋营养水平之间的关系。“此外，这一新发现也能增强我们对早期珊瑚礁食物链的理解，”法兰克福森肯贝格研究所和自然历史博物馆的埃伯哈德·辛德勒补充道。未来，研究人员计划深入探索地质过去。
泥盆纪
泥盆纪是古生代中的一个地质时期，始于约4.19亿年前，结束于大约3.59亿年前。在这段时间，地球的构造板块非常活跃，导致劳拉西亚和冈瓦纳超大陆的汇聚。宏伟的珊瑚礁在中泥盆纪发展壮大，许多今日仍保存为欧洲、北美、北非、澳大利亚、西伯利亚和中国的化石结构。
理解氮同位素分析
在样本中较高的氮同位素15N和14N的比率表明动物在食物链中的高级位置。动物新陈代谢产生氮废物，如铵或尿素。这些废物的排泄使得“重氮”（15N）与“轻氮”（14N）的比率相对于生物的食物来源增加。
