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◎本報記者 張 曄

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?。克鼈兊陌l(fā)現(xiàn)對動物演化研究有哪些幫助？5月1日，一項發(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，也為早期動物小型化研究提供了一個新視角。

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的國際科研團(tuán)隊在英國威爾士中奧陶世地層中找到一個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)與研究員張元動等組成的國際科研團(tuán)隊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，不僅可以保存動物骨骼，還能保存軟體形態(tài)的組織、器官。對研究遠(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)隊通過對筆石生物地層的研究發(fā)現(xiàn)，城堡灘生物群所處的時代為中奧陶世達(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，涵蓋海綿動物、刺細(xì)胞動物、棘皮動物、脊索動物、節(jié)肢動物、軟體動物、星蟲類、曳鰓動物、苔蘚動物、環(huán)節(jié)動物、腕足動物等多個動物門類。其中，海綿動物最為豐富，約40種。其中一種海綿動物屬于現(xiàn)代六射海綿的干支類群，已具有了現(xiàn)代海綿動物的一些原始特征。

同時，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”，這也為研究早期動物小型化提供了一個新的視角。

“小不點”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。那個時代的生物，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。

在這個毫米級的“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物的“主菜”。食物鏈的中部則是海綿動物、腕足動物、筆石等生物。

因此，研究團(tuán)隊認(rèn)為，城堡灘動物群不僅提供了海洋動物群由寒武紀(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)了濾食性動物的繁盛。同時，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一些節(jié)肢動物中現(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，低氧環(huán)境導(dǎo)致生物體體型較小的觀點也難以解釋城堡灘生物群豐富的生物多樣性。因此，這個數(shù)億年前海底的“迷你生物世界”，仍有待進(jìn)一步研究。