湖北宜昌嫘祖鎮附近，一塊貌不驚人的黑色石塊，在古老巖層中靜靜等待了數億年。當科學家用顯微鏡揭開它的秘密時，一個關于生命創造力的遠古故事隨之浮現。

近日，中國科學院南京地質古生物研究所（簡稱南京古生物所）早古生代研究團隊等，在宜昌遠安發現了4.8億年前、迄今最古老的層孔海綿化石，因發現地及其微觀結構與絲綢相似，將之命名為嫘祖冠毛層孔海綿。

這一發現不僅將造礁的層孔海綿的化石記錄提前了約2000萬年，還揭示了早期礁生態系統和生物礦化演化的獨特機制，為未來研究早期地球環境與生物相互作用提供了新方向。相關成果4月1日在美國《國家科學院院刊》（PNAS）發表。

發現最古老的層孔海綿化石

與一般的海綿動物不同，大部分古生代層孔海綿沒有骨針，而是具有鈣質骨骼，這是一個重要特征。在北美大陸，由層孔海綿形成的生物礁是非常重要的油氣儲層。

層孔海綿作為古生代奧陶紀—泥盆紀標志性的淺海造礁動物之一，在礁構建中的作用、生態地位和地理分布上，類似于現代珊瑚。

然而，層孔海綿突然融入礁生態系統引發一系列有趣的關鍵科學問題：最早的層孔海綿何時出現？它們是如何獲得礦化骨骼的？它們如何成為礁生態系統的重要組成部分？層孔海綿如何在全球范圍內幾乎同時分布并對礁生態系統做出貢獻？

由于早期層孔海綿化石記錄的缺失，這些問題長期懸而未決。

論文第一作者、韓國高麗大學博士后全胄完在南京古生物所就讀博士期間，在論文共同通訊作者、南京古生物所研究員張元動建議下，前往宜昌進行野外考察，發現了這次報道的化石。

“宜昌地區早奧陶世生物礁研究已經相當深入，因此這是一個出乎意料的發現。”全胄完向《中國科學報》介紹了該化石名稱的由來，“化石發現地附近有嫘祖鎮，中國傳說中的嫘祖被認為發明了養蠶和絲綢。這種層孔海綿的微觀結構與絲綢有相似之處，所以用了‘嫘祖’命名?！?/span>

“時裝秀”上不走尋常路

盡管在剛發現“嫘祖”化石時，全胄完花了很長時間才理解它，但他在博士畢業前后與多位學者持續合作研究，獲得系列發現。

他們認為，嫘祖冠毛層孔海綿是通過氟磷灰石構建其骨骼的，這在整個海綿類中是獨一無二的。

張元動表示：“就像廚師嘗試新菜譜一樣，早期動物在進化過程中‘嘗試’用不同材料構建骨骼。以往研究中的海綿化石骨骼建造，要么是碳酸鈣，要么是硅?！?/span>

而“嫘祖”海綿選擇了磷酸鹽來構建骨骼，表明海綿動物在奧陶紀早期就已經具備了使用硅、碳酸鈣和磷酸鈣這3種生物礦物質建造其骨骼的能力和機制，展示了早期生物適應環境的多樣性，為科學家理解生命演化提供了新視角。

“這就像是生物在進化的‘時裝秀’上，嘗試了一種獨特的‘材料’。雖然最終在海綿動物中沒有成為主流，但卻展示了生命演化的豐富可能性?！睆堅獎舆M一步解釋了這種獨特性。

這一新發現確立了多孔動物門，這是第一個已知的利用硅、碳酸鈣和磷酸鈣3種主要生物礦物質的后生動物門。

化石記錄前推約2000萬年

早期層孔海綿骨骼中磷酸鹽的存在，拓展了人類對早期動物生物礦化能力的理解，這表明早期海綿可能已具備多樣化生物礦化策略所需的遺傳能力。

研究團隊認為，“嫘祖”海綿可能代表了磷酸鹽生物礦化的早期“實驗品”，后來在海洋化學變化的背景下，被基于碳酸鹽的海綿所取代。這一發現強調了環境因素在塑造生物演化過程中的重要性。

不僅如此，“嫘祖”海綿還形成復雜的礁結構，在框架構建和結合鈣微生物、石松海綿、瓶筐石、棘皮動物等其他造礁生物組分方面，發揮了關鍵作用。

這些早期的層孔海綿所建造的礁結構的復雜性，堪比后來的礁生態系統。這一發現將造礁層孔海綿的化石記錄前推約2000萬年。

這項研究的意義不僅在于填補了層孔海綿早期演化歷史的空白，還為理解早期動物的生物礦化過程提供了新的視角。它揭示了地球歷史上關鍵時期礁生態系統的復雜性，以及生物如何適應和改變環境。

審稿人認為，目前關于層孔海綿早期演化歷史的相關信息仍然非常有限，因此該研究對推進這一領域的理解具有重要意義。

作者在宜昌遠安發現的早奧陶世層孔海綿—棘皮動物生物礁。受訪者供圖

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2426105122