科學(xué)家發(fā)現(xiàn)螺旋網(wǎng)格海綿！5.5億年古生物“活化石”面紗終于被揭開(kāi)

出品：科普中國(guó)

作者：李金娟（早稻田大學(xué)）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

編者按：為拓展認(rèn)知邊界，科普中國(guó)前沿科技項(xiàng)目推出“未知之境”系列文章，縱覽深空、深地、深海等領(lǐng)域突破極限的探索成果。讓我們一起走進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)之旅，認(rèn)識(shí)令人驚嘆的世界。

在生命演化的漫長(zhǎng)歷程中，海綿動(dòng)物的演化過(guò)程一直是一個(gè)引人入勝卻難解的謎題。海綿動(dòng)物被認(rèn)為是地球上最早出現(xiàn)的多細(xì)胞動(dòng)物之一，是連接單細(xì)胞生物和復(fù)雜動(dòng)物的重要橋梁。然而，關(guān)于海綿動(dòng)物的起源和早期演化，科學(xué)界一直存在巨大的認(rèn)知空白。

直到最近，中國(guó)科學(xué)家取得了一項(xiàng)重大突破，為解開(kāi)這個(gè)謎題提供了關(guān)鍵線索。中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所袁訓(xùn)來(lái)研究員領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)，在湖北宜昌發(fā)現(xiàn)了一種距今約5.5億年的海綿化石，它被命名為“螺旋網(wǎng)格海綿”。

這一發(fā)現(xiàn)不僅填補(bǔ)了海綿動(dòng)物早期演化的重要空白，更為我們重新審視整個(gè)生命演化歷程提供了全新視角。

螺旋網(wǎng)格海綿復(fù)原圖

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)2）

海綿動(dòng)物：生命演化樹(shù)上的活化石

海綿動(dòng)物，這個(gè)看似簡(jiǎn)單卻又神秘的生物群體，在動(dòng)物界中占據(jù)著獨(dú)特的地位。

海綿動(dòng)物的身體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有明顯的器官系統(tǒng)，卻擁有令人驚嘆的生存能力。它們的身體就像一個(gè)巨大的過(guò)濾器，通過(guò)不斷吸入、排出水流來(lái)獲取養(yǎng)分和氧氣。這種簡(jiǎn)單而高效的生存方式，使得海綿動(dòng)物在地球上繁衍生息了數(shù)億年之久。

在現(xiàn)代海洋中，海綿動(dòng)物的種類(lèi)繁多，形態(tài)各異。有些海綿像精致的花瓶，有些則像巨大的桶或扇子。它們的顏色也十分豐富，應(yīng)有盡有。這些多姿多彩的海綿，不僅為海底世界增添了絢麗的色彩，也為海洋生態(tài)系統(tǒng)的平衡做出了重要貢獻(xiàn)。

形形色色的海綿動(dòng)物

（圖片來(lái)源：維基百科）

難解謎題：海綿動(dòng)物“消失的歲月”

盡管現(xiàn)代海綿動(dòng)物如此普遍，但在地質(zhì)歷史中，它們的蹤跡卻長(zhǎng)期處于“失蹤”狀態(tài)。這個(gè)現(xiàn)象讓科學(xué)家們困惑不已，猶如一個(gè)難解的謎題。

想象一下，如果你是一位古生物學(xué)家，正在尋找海綿動(dòng)物的祖先。你興致勃勃地挖掘各個(gè)地質(zhì)年代的巖層，卻發(fā)現(xiàn)在距今約5.39億年的寒武紀(jì)之前，海綿動(dòng)物的化石記錄幾乎是一片空白。這就好比一本厚重的家族史，前幾章的頁(yè)面全都不翼而飛了。

科學(xué)家們通過(guò)分子生物學(xué)研究和分子鐘推測(cè)，認(rèn)為海綿動(dòng)物應(yīng)該起源于大約7億年前。然而，在實(shí)際的化石記錄中，確鑿的海綿化石直到寒武紀(jì)才大量出現(xiàn)。這意味著海綿動(dòng)物的化石記錄存在長(zhǎng)達(dá)1.6億年的巨大空白，這段時(shí)期被科學(xué)家們形象地稱(chēng)為海綿早期演化中“消失的歲月”。

為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢？科學(xué)家們提出了兩種主要的假說(shuō)：

第一種假說(shuō)認(rèn)為，海綿動(dòng)物的共同祖先可能已經(jīng)具有礦化的骨針（海綿的支撐結(jié)構(gòu)）。但是，寒武紀(jì)之前的環(huán)境可能不利于這些骨針的保存，導(dǎo)致我們難以找到它們的化石。

第二種假說(shuō)則認(rèn)為，早期的海綿動(dòng)物可能根本就沒(méi)有礦化的骨針，而是由軟體組織構(gòu)成。這使得它們?cè)诔蔀榛倪^(guò)程中更容易被破壞，也更難被我們識(shí)別出來(lái)。這就像是用水在巖石上作畫(huà)，很快就會(huì)蒸發(fā)消失，難以留下長(zhǎng)久的痕跡。

這個(gè)謎題一直困擾著科學(xué)家們，直到最近的這項(xiàng)研究，為解開(kāi)這個(gè)謎題提供了關(guān)鍵的線索。

現(xiàn)代石灰海綿綱海綿動(dòng)物的各型骨針

（圖片來(lái)源：維基百科）

螺旋網(wǎng)格海綿：揭開(kāi)海綿動(dòng)物演化之謎的“羅塞塔石碑”

在湖北宜昌，距今約5.5億年前的石板灘生物群中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一件令人興奮的新化石。該化石被命名為“螺旋網(wǎng)格海綿”，它的發(fā)現(xiàn)猶如在茫茫歷史長(zhǎng)河中找到了一個(gè)連接點(diǎn)，填補(bǔ)了海綿動(dòng)物早期演化的空白。

螺旋網(wǎng)格海綿有著令人驚嘆的形態(tài)特征，它的身體呈現(xiàn)出優(yōu)雅的錐形，底部有一個(gè)盤(pán)狀的結(jié)構(gòu)，可能用來(lái)在海底固定。最引人注目的是它的表面結(jié)構(gòu)由規(guī)則的方格組成，這些方格又可以被細(xì)分成更小的方格，形成一種復(fù)雜而有序的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

螺旋網(wǎng)格海綿化石照片（a）與激光掃描高程圖（b）

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）

這種結(jié)構(gòu)讓人聯(lián)想到現(xiàn)代的六放海綿，但有一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別：螺旋網(wǎng)格海綿的網(wǎng)格是由有機(jī)質(zhì)組成的，而不是礦化的骨針。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)為我們提供了一個(gè)全新的視角來(lái)看待海綿動(dòng)物的早期演化。它告訴我們，在遙遠(yuǎn)的埃迪卡拉紀(jì)晚期，已經(jīng)存在不具有礦化骨針的海綿動(dòng)物。這就好比我們發(fā)現(xiàn)了一種“原始版本”的海綿，它還沒(méi)有發(fā)展出堅(jiān)硬的骨針，但已經(jīng)具備了海綿動(dòng)物的基本特征。

科學(xué)家們對(duì)螺旋網(wǎng)格海綿進(jìn)行了詳細(xì)的研究和分析。他們將此化石與各種現(xiàn)生動(dòng)物和其他化石進(jìn)行比較，構(gòu)建了一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)矩陣，并進(jìn)行了嚴(yán)格的系統(tǒng)發(fā)育分析。結(jié)果顯示，螺旋網(wǎng)格海綿屬于冠群海綿，并且與六放海綿的親緣關(guān)系較近。該發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)了螺旋網(wǎng)格海綿在海綿動(dòng)物演化歷程中的重要地位。

某種六放海綿綱動(dòng)物，該綱動(dòng)物具有硅質(zhì)骨針，有些骨針能聚合成網(wǎng)狀的骨架，骨骼中無(wú)海綿質(zhì)。因此本綱又稱(chēng)為玻璃海綿。

（圖片來(lái)源：維基百科）

螺旋網(wǎng)格海綿的發(fā)現(xiàn)，為我們理解動(dòng)物的早期演化提供了關(guān)鍵的信息。它告訴我們，在尋找前寒武紀(jì)的海綿化石時(shí)，我們不能僅僅以現(xiàn)代海綿為標(biāo)準(zhǔn)。早期的海綿可能沒(méi)有礦化的骨針，也可能缺少我們熟知的某些特征。這個(gè)發(fā)現(xiàn)拓寬了我們的視野，為未來(lái)的研究指明了新的方向。

海綿動(dòng)物與生命大爆發(fā)：重新審視生命演化的歷程

螺旋網(wǎng)格海綿的發(fā)現(xiàn)，同時(shí)也為我們審視整個(gè)生命演化的歷程提供了全新的視角。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們認(rèn)為前寒武紀(jì)和寒武紀(jì)的生物群落有著天壤之別。

埃迪卡拉紀(jì)被認(rèn)為是形態(tài)奇特、親緣關(guān)系不明的生物主導(dǎo)的時(shí)代。而到了寒武紀(jì)，各種現(xiàn)代動(dòng)物門(mén)類(lèi)突然大量出現(xiàn)，這就是著名的“寒武紀(jì)大爆發(fā)”。這種觀點(diǎn)就像是在描述兩個(gè)完全不同的世界：一個(gè)是充滿(mǎn)神秘生物的遠(yuǎn)古世界，另一個(gè)則是我們熟悉的現(xiàn)代海洋生態(tài)系統(tǒng)的雛形。

然而，螺旋網(wǎng)格海綿的發(fā)現(xiàn)，為這兩個(gè)看似割裂的世界之間搭建了一座橋梁。它告訴我們，在埃迪卡拉紀(jì)晚期，已經(jīng)存在著與現(xiàn)代動(dòng)物有直接演化關(guān)系的生物。也就是說(shuō)，古老的家族史中，一張連接古老祖先和現(xiàn)代后代的關(guān)鍵照片被找到了。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)也讓我們重新思考“寒武紀(jì)大爆發(fā)”的本質(zhì)。也許，生命的演化并不是突然的“爆發(fā)”，而是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。在寒武紀(jì)之前，各種動(dòng)物門(mén)類(lèi)可能已經(jīng)開(kāi)始分化，只是它們還沒(méi)有發(fā)展出堅(jiān)硬的外殼或骨骼，因此難以在化石記錄中保存下來(lái)。

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)也給我們帶來(lái)了更多的問(wèn)題：在螺旋網(wǎng)格海綿之前，是否還存在更早的海綿動(dòng)物？海綿動(dòng)物的祖先們?nèi)绾潍@得礦化骨針的能力？這些問(wèn)題的答案，可能隱藏在古老的巖層中，等待著未來(lái)的科學(xué)家去發(fā)現(xiàn)。

螺旋網(wǎng)格海綿和其他動(dòng)物之間的演化關(guān)系

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)2）

結(jié)語(yǔ)

海綿動(dòng)物的演化歷程，猶如一部跨越數(shù)億年的史詩(shī)。從最初的軟體結(jié)構(gòu)，到后來(lái)發(fā)展出復(fù)雜的礦化骨針，每一步都記錄著生命演化的奧秘。螺旋網(wǎng)格海綿的發(fā)現(xiàn)，為這部史詩(shī)增添了濃墨重彩的一筆，讓我們得以一窺遠(yuǎn)古海洋的神秘面貌。

在未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和新方法的應(yīng)用，我們或許能夠發(fā)現(xiàn)更多的早期動(dòng)物化石，進(jìn)一步完善生命演化的圖景。海綿動(dòng)物的故事，將繼續(xù)啟發(fā)我們思考生命的本質(zhì)，激勵(lì)我們探索未知的領(lǐng)域，追尋生命演化的奧秘。

參考文獻(xiàn)：

1. Xiaopeng Wang, Alexander G. Liu, Zhe Chen, Chengxi Wu, Yarong Liu, Bin Wan, Ke Pang, Chuanming Zhou, Xunlai Yuan & Shuhai Xiao, A late-Ediacaran crown-group sponge animal

2. 中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所，海綿動(dòng)物早期演化研開(kāi)究取得重要進(jìn)展