4.6億年前的“海綿寶寶”長什么樣？軟軀體生物化石為何特別珍稀？它們的發(fā)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物演化研究有哪些幫助？5月1日，一項(xiàng)發(fā)表在國際期刊《自然—生態(tài)與進(jìn)化》的成果論文為我們揭開了4.62億年前奧陶紀(jì)海底“迷你世界”的奇妙景觀，也為早期動(dòng)物小型化研究提供了一個(gè)新視角。

(資料圖)

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的國際科研團(tuán)隊(duì)在英國威爾士中奧陶世地層中找到一個(gè)保存有大量精美軟軀體化石的特異埋藏化石庫，發(fā)現(xiàn)該生物群中的170多種生物，其中海綿動(dòng)物最為豐富，約40種?？蒲腥藛T將其命名為城堡灘生物群。

保存軟軀體生物的特異埋藏化石庫

化石是研究地球歷史、生物演化的重要的直接證據(jù)，特別是保存有軟軀體的生物類群化石，為了解早期生物的形態(tài)和生態(tài)群落特征提供了寶貴的窗口，此種生物類群被稱為“特異埋藏化石庫”。

此次，由南京古生物所外籍科學(xué)家約瑟夫·鮑廷（Joseph P.Botting）、副研究員馬俊業(yè)與研究員張?jiān)獎(jiǎng)拥冉M成的國際科研團(tuán)隊(duì)在英國威爾士中部城堡灘采石場發(fā)現(xiàn)了“布爾吉斯頁巖型”特異埋藏化石庫——城堡灘生物群。

布爾吉斯不僅是個(gè)地名，更是特異性埋藏的代名詞。1909年，在加拿大西南部的寒武紀(jì)中期布爾吉斯頁巖中發(fā)現(xiàn)大量軟軀體生物化石，“布爾吉斯頁巖型”由此得名。這類巖層保存下的化石庫，不僅可以保存動(dòng)物骨骼，還能保存軟體形態(tài)的組織、器官。對(duì)研究遠(yuǎn)古軟軀體生物的科學(xué)家來說，“布爾吉斯頁巖型”意味著更高的價(jià)值。但保存完好的“布爾吉斯頁巖型”化石庫通常限于寒武紀(jì)，而在年代更新的奧陶紀(jì)地層中鮮有發(fā)現(xiàn)。

該團(tuán)隊(duì)通過對(duì)筆石生物地層的研究發(fā)現(xiàn)，城堡灘生物群所處的時(shí)代為中奧陶世達(dá)瑞威爾期，距今約4.62億年，處于奧陶紀(jì)中期，當(dāng)時(shí)該地區(qū)位于阿瓦隆尼亞大陸板塊，位于南半球溫帶地區(qū)。

馬俊業(yè)介紹，截至目前，已發(fā)現(xiàn)城堡灘生物群的170多種生物，涵蓋海綿動(dòng)物、刺細(xì)胞動(dòng)物、棘皮動(dòng)物、脊索動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、星蟲類、曳鰓動(dòng)物、苔蘚動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、腕足動(dòng)物等多個(gè)動(dòng)物門類。其中，海綿動(dòng)物最為豐富，約40種。其中一種海綿動(dòng)物屬于現(xiàn)代六射海綿的干支類群，已具有了現(xiàn)代海綿動(dòng)物的一些原始特征。

同時(shí)，這些化石中大多保存著軟組織，如消化系統(tǒng)和神經(jīng)組織如眼睛、視神經(jīng)和大腦等。該生物群最大的特征是動(dòng)物體型普遍較小，大多數(shù)生物體長1—5毫米，可以說是海底的“迷你生物世界”，這也為研究早期動(dòng)物小型化提供了一個(gè)新的視角。

“小不點(diǎn)”見證歷史性生物演變

奧陶紀(jì)因生物多樣性大幅度增加，在科學(xué)界有“奧陶紀(jì)生物大輻射”之稱。那個(gè)時(shí)代的生物，不再囿于近海，而是向更廣闊的大洋進(jìn)軍。近岸淺海、遠(yuǎn)洋深海、水體表層、海洋底質(zhì)都被種類豐富的生物占領(lǐng)，此后，海洋開始真正熱鬧起來。

和早奧陶世“布爾吉斯頁巖型”動(dòng)物群相比，城堡灘生物群無論是在總體生物方面，還是在軟軀體生物方面，都具有較高的生物多樣性。

在這個(gè)毫米級(jí)的“迷你生物世界”中，生物種類多達(dá)170余種，而且已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)比較完整的食物鏈。在食物鏈頂端的是一種長相類似寒武紀(jì)歐巴賓海蝎的節(jié)肢動(dòng)物，屬于捕食型生物。而位于食物鏈底端的是各種海藻，它們是各種濾食性動(dòng)物的“主菜”。食物鏈的中部則是海綿動(dòng)物、腕足動(dòng)物、筆石等生物。

因此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，城堡灘動(dòng)物群不僅提供了海洋動(dòng)物群由寒武紀(jì)生物群向古生代生物群演變的新視角，也揭示了海洋生態(tài)平衡系統(tǒng)從寒武紀(jì)捕食型主導(dǎo)向古生代濾食性動(dòng)物主導(dǎo)類型轉(zhuǎn)變的新階段。

何種原因促成了這種變化？馬俊業(yè)推測，寒武紀(jì)末—奧陶紀(jì)初期，海洋環(huán)境發(fā)生了變化，浮游生物大量出現(xiàn)，促進(jìn)了濾食性動(dòng)物的繁盛。同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一些節(jié)肢動(dòng)物中現(xiàn)代泛甲殼類生物的干支類群，進(jìn)一步豐富了當(dāng)時(shí)的生物多樣性。

但與以往發(fā)現(xiàn)的奧陶紀(jì)化石相比，城堡灘生物群明顯體型更小。馬俊業(yè)表示，這些生物具有生長發(fā)育到一定階段后才會(huì)出現(xiàn)的用以詳細(xì)分類的具體特征，因此可以初步排除生物處于幼年階段的可能性。同時(shí)，低氧環(huán)境導(dǎo)致生物體體型較小的觀點(diǎn)也難以解釋城堡灘生物群豐富的生物多樣性。因此，這個(gè)數(shù)億年前海底的“迷你生物世界”，仍有待進(jìn)一步研究。