螺旋网格海绵生态复原图。杨定华/绘
在漫长的演化进程中，海绵动物幸运地躲过了地球上5次物种大灭绝而存活至今。研究推测，海绵动物起源于约7亿年前，但距今约5.4亿年的寒武纪之前的海绵化石极为稀少，因此具有争议。
海绵动物为什么会“消失”了约1.6亿年？中国科学院南京地质古生物研究所（以下简称南京古生物所）研究员袁训来领导的一支早期生命研究国际合作团队，在湖北宜昌距今约5.5亿年前的石板滩生物群中，发现了一种埃迪卡拉纪晚期的冠群海绵动物，填补了海绵动物早期演化的重要环节。该成果6月5日在线发表于《自然》。
化石缺失约1.6亿年
“海绵动物通常被认为是最基础和最原始的后生动物，对地球早期海绵化石的寻找和研究，能为我们探索动物起源和早期演化模式提供关键证据。”论文通讯作者、南京古生物所副研究员万斌告诉《中国科学报》。
已有研究表明，海绵起源时间应该在距今约7亿年。然而，现实研究发现，海绵化石记录在寒武纪才大量出现，存在长达约1.6亿年的空缺期，这一段扑朔迷离的历史被称为海绵早期演化研究中“消失的岁月”。
为什么前寒武纪海绵化石记录缺失呢？
万斌结合过往研究解释说，第一，由于大多数现生海绵具有硅质或钙质骨针，因此研究者假设海绵的共同祖先具有矿化骨针，而寒武纪之前距今约6.35亿年至5.39亿年的埃迪卡拉纪海绵化石的缺失，可能是由于当时的环境不利于骨针保存；第二，海绵动物的共同祖先不具有矿化骨针，在分化出主要类群后，各类群才独立演化出矿化骨针，因此前寒武纪的早期海绵动物没有骨针，保存潜力相对较小，难以从化石记录中识别出来。
早期海绵没有“骨针”
近年来，袁训来团队在石板滩生物群进行了大规模化石发掘，并在5年前发现了一类大型海绵动物化石。由于该化石表面具有多次分级的网格结构，标本下部的网格以螺旋排列的方式连接到底部的盘状固着结构，直立底栖在沉积物表面，因此被命名为“螺旋网格海绵（Helicolocellus）”。
万斌介绍，新发现的螺旋网格海绵表面由规则的方格组成，这些方格可以被细分为4个形态相同的次级方格，次级方格又可以进一步细分。螺旋网格海绵的这种特殊方格结构与古生代六放海绵动物的形态特征类似。而它们的不同之处在于，螺旋网格海绵的网格由有机质组成，而古生代海绵化石的网格则由矿化骨针组成。
袁训来团队联合英国剑桥大学和美国弗吉尼亚理工大学研究人员组成的国际合作团队认为，螺旋网格海绵化石可能代表了一种不具有矿化骨针的早期海绵动物。
为了论证这一解释，研究团队构建了一个包含各种现生动物和古生代化石动物的形态数据矩阵，并进行了严格的系统发育分析。研究结果显示，螺旋网格海绵化石属于冠群海绵，并且与六放海绵亲缘关系接近。
“螺旋网格海绵化石的发现表明，前寒武纪确实存在非生物矿化的海绵动物。”万斌说，“该化石的发现也提示我们不能完全以现生海绵作为蓝本寻找前寒武纪海绵化石，因为早期海绵可能没有生物矿化骨针，并且可能不具备现生海绵的所有特征。”
这项研究还推测，在六放海绵早期演化历程中，可能存在一个以有机物构建网状骨架的阶段，直到进入寒武纪，它们才获得生物矿化能力，把矿物添加到已有的有机质骨架上，形成由复合的矿化骨针组成的骨架。
争议推动学科发展
“你永远都不知道，下一榔头会敲出什么样的新奇化石！”这是袁训来经常挂在嘴边的一句话。化石是地球生命演化的实证，关键演化阶段的化石更是不可多得。这些化石需要古生物学家一榔头一榔头从石头里面敲出来。
袁训来团队对石板滩生物群进行了长期的艰苦发掘，并发现薄层灰岩中不仅保存有丰富多样的埃迪卡拉型化石，还保存了大量的动物遗迹化石和其他动物的实体化石。
2018年，《科学进展》报道了团队发现的最早动物足迹化石；2019年，《自然》报道了团队发现的最早具有运动能力的两侧对称动物——夷陵虫。螺旋网格海绵化石的发现是团队的又一重要成果。
“这篇论文2023年7月投稿，经历了5位审稿人长达4轮的审稿后才得以发表。”万斌告诉《中国科学报》，“我们的发现是对海绵动物早期演化传统理论的一种挑战。这个过程很艰难，但结果还是比较理想的。我们通过精美的化石标本和严谨的论证，最终说服了审稿人。”
前寒武纪—寒武纪界线前后的生物群落面貌曾被学术界认为存在巨大差别。
这是因为埃迪卡拉纪是形态奇异且亲缘关系未知的埃迪卡拉生物群主宰的时代。而到了寒武纪，各个现生动物门类接踵而出，人们熟悉的现代海洋生态系统得以建立。
螺旋网格海绵的发现连接了埃迪卡拉生物群和寒武纪生物群，也表明埃迪卡拉生物群的某些类型也许和现生动物之间有某种直接的演化关系。
这项研究发现了比寒武纪还要早1000万年的海洋中，生活着没有矿化骨针的海绵。这意味着，没有矿化骨针的海绵在寒武纪之前就已经发生了一定规模的辐射，即一个物种获得了某种关键特征，从而导致大量新生特征和物种的涌现。
那么，其他类型的动物是否在寒武纪之前也发生了辐射？是什么原因使得海绵动物产生了矿化骨针？“我们这项研究也许会引发新争议，这些争议问题的解决有望推动学科进一步发展。”万斌说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07520-y
《中国科学报》 (2024-06-06 第1版 要闻)
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