4.6亿年前的“海绵宝宝”重见天日

◎本报记者 张 晔

4.6亿年前的“海绵宝宝”长什么样？软躯体生物化石为何特别珍稀？它们的发现对动物演化研究有哪些帮助？5月1日，一项发表在国际期刊《自然—生态与进化》的成果论文为我们揭开了4.62亿年前奥陶纪海底“迷你世界”的奇妙景观，也为早期动物小型化研究提供了一个新视角。

中国科学院南京地质古生物研究所的国际科研团队在英国威尔士中奥陶世地层中找到一个保存有大量精美软躯体化石的特异埋藏化石库，发现该生物群中的170多种生物，其中海绵动物最为丰富，约40种。科研人员将其命名为城堡滩生物群。

保存软躯体生物的特异埋藏化石库

化石是研究地球历史、生物演化的重要的直接证据，特别是保存有软躯体的生物类群化石，为了解早期生物的形态和生态群落特征提供了宝贵的窗口，此种生物类群被称为“特异埋藏化石库”。

此次，由南京古生物所外籍科学家约瑟夫·鲍廷（Joseph P.Botting）、副研究员马俊业与研究员张元动等组成的国际科研团队在英国威尔士中部城堡滩采石场发现了“布尔吉斯页岩型”特异埋藏化石库——城堡滩生物群。

布尔吉斯不仅是个地名，更是特异性埋藏的代名词。1909年，在加拿大西南部的寒武纪中期布尔吉斯页岩中发现大量软躯体生物化石，“布尔吉斯页岩型”由此得名。这类岩层保存下的化石库，不仅可以保存动物骨骼，还能保存软体形态的组织、器官。对研究远古软躯体生物的科学家来说，“布尔吉斯页岩型”意味着更高的价值。但保存完好的“布尔吉斯页岩型”化石库通常限于寒武纪，而在年代更新的奥陶纪地层中鲜有发现。

该团队通过对笔石生物地层的研究发现，城堡滩生物群所处的时代为中奥陶世达瑞威尔期，距今约4.62亿年，处于奥陶纪中期，当时该地区位于阿瓦隆尼亚大陆板块，位于南半球温带地区。

马俊业介绍，截至目前，已发现城堡滩生物群的170多种生物，涵盖海绵动物、刺细胞动物、棘皮动物、脊索动物、节肢动物、软体动物、星虫类、曳鳃动物、苔藓动物、环节动物、腕足动物等多个动物门类。其中，海绵动物最为丰富，约40种。其中一种海绵动物属于现代六射海绵的干支类群，已具有了现代海绵动物的一些原始特征。

同时，这些化石中大多保存着软组织，如消化系统和神经组织如眼睛、视神经和大脑等。该生物群最大的特征是动物体型普遍较小，大多数生物体长1—5毫米，可以说是海底的“迷你生物世界”，这也为研究早期动物小型化提供了一个新的视角。

“小不点”见证历史性生物演变

奥陶纪因生物多样性大幅度增加，在科学界有“奥陶纪生物大辐射”之称。那个时代的生物，不再囿于近海，而是向更广阔的大洋进军。近岸浅海、远洋深海、水体表层、海洋底质都被种类丰富的生物占领，此后，海洋开始真正热闹起来。

和早奥陶世“布尔吉斯页岩型”动物群相比，城堡滩生物群无论是在总体生物方面，还是在软躯体生物方面，都具有较高的生物多样性。

在这个毫米级的“迷你生物世界”中，生物种类多达170余种，而且已经构成了一个比较完整的食物链。在食物链顶端的是一种长相类似寒武纪欧巴宾海蝎的节肢动物，属于捕食型生物。而位于食物链底端的是各种海藻，它们是各种滤食性动物的“主菜”。食物链的中部则是海绵动物、腕足动物、笔石等生物。

因此，研究团队认为，城堡滩动物群不仅提供了海洋动物群由寒武纪生物群向古生代生物群演变的新视角，也揭示了海洋生态平衡系统从寒武纪捕食型主导向古生代滤食性动物主导类型转变的新阶段。

何种原因促成了这种变化？马俊业推测，寒武纪末—奥陶纪初期，海洋环境发生了变化，浮游生物大量出现，促进了滤食性动物的繁盛。同时，研究人员还发现了一些节肢动物中现代泛甲壳类生物的干支类群，进一步丰富了当时的生物多样性。

但与以往发现的奥陶纪化石相比，城堡滩生物群明显体型更小。马俊业表示，这些生物具有生长发育到一定阶段后才会出现的用以详细分类的具体特征，因此可以初步排除生物处于幼年阶段的可能性。同时，低氧环境导致生物体体型较小的观点也难以解释城堡滩生物群丰富的生物多样性。因此，这个数亿年前海底的“迷你生物世界”，仍有待进一步研究。