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？它們的發現對動物演化研究有哪些幫助？5月1日，一項發表在國際期刊《自然—生態與進化》的成果論文為我們揭開了4.62億年前奧陶紀海底“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。

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中國科學院南京地質古生物研究所的國際科研團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，發現該生物群中的170多種生物，其中海綿動物最為豐富，約40種。科研人員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，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和生態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家約瑟夫·鮑廷（Joseph P.Botting）、副研究員馬俊業與研究員張元動等組成的國際科研團隊在英國威爾士中部城堡灘采石場發現了“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中期布爾吉斯頁巖中發現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，還能保存軟體形態的組織、器官。對研究遠古軟軀體生物的科學家來說，“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，而在年代更新的奧陶紀地層中鮮有發現。

該團隊通過對筆石生物地層的研究發現，城堡灘生物群所處的時代為中奧陶世達瑞威爾期，距今約4.62億年，處于奧陶紀中期，當時該地區位于阿瓦隆尼亞大陸板塊，位于南半球溫帶地區。

馬俊業介紹，截至目前，已發現城堡灘生物群的170多種生物，涵蓋海綿動物、刺細胞動物、棘皮動物、脊索動物、節肢動物、軟體動物、星蟲類、曳鰓動物、苔蘚動物、環節動物、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代六射海綿的干支類群，已具有了現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，如消化系統和神經組織如眼睛、視神經和大腦等。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

奧陶紀因生物多樣性大幅度增加，在科學界有“奧陶紀生物大輻射”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軍。近岸淺海、遠洋深海、水體表層、海洋底質都被種類豐富的生物占領，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170余種，而且已經構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歐巴賓海蝎的節肢動物，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，研究團隊認為，城堡灘動物群不僅提供了海洋動物群由寒武紀生物群向古生代生物群演變的新視角，也揭示了海洋生態平衡系統從寒武紀捕食型主導向古生代濾食性動物主導類型轉變的新階段。

何種原因促成了這種變化？馬俊業推測，寒武紀末—奧陶紀初期，海洋環境發生了變化，浮游生物大量出現，促進了濾食性動物的繁盛。同時，研究人員還發現了一些節肢動物中現代泛甲殼類生物的干支類群，進一步豐富了當時的生物多樣性。

但與以往發現的奧陶紀化石相比，城堡灘生物群明顯體型更小。馬俊業表示，這些生物具有生長發育到一定階段后才會出現的用以詳細分類的具體特征，因此可以初步排除生物處于幼年階段的可能性。同時，低氧環境導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，這個數億年前海底的“迷你生物世界”，仍有待進一步研究。