层孔海绵“嫘祖”，磷酸钙做骨

湖北省宜昌市宜祖镇周边，一块不起眼的黑色石头在古岩层中静静等待了数亿年。当科学家用显微镜揭开它的秘密时，一个关于生命创造性的古老故事出现了。

近日，中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南京古生物研究所)早期古代研究团队在宜昌远安发现了4.8亿年前最古老的层孔海绵化石。因其发现地和微观结构与缎子相似，被命名为祖冠毛层孔海绵。

这一发现不仅提前了大约2000万年建造岩石层孔海绵的化石记录，还揭示了早期岩石生态系统和生物矿化演化的独特机制，为早期地球环境和生物相互作用的研究提供了新的方向。相关成果于4月1日在美国国家科学院杂志上发表(PNAS)发布。

发现最古老的层孔海绵化石

与普通海绵动物不同，大多数古代层孔海绵都有钙骨，而不是骨针，这是一个重要的特征。在北美大陆，层孔海绵形成的生物礁是一种非常重要的油气储存层。

层孔海绵作为古代奥陶纪-泥盆纪标志性浅海造礁动物之一，类似于现代珊瑚在礁石构建、生态地位和地域分布中的作用。

然而，层孔海绵突然融入岩石生态系统，引发了一系列有趣的关键科学问题:最早的层孔海绵什么时候出现?他们是如何获得矿化骨骼的?它们如何成为岩石生态系统的重要组成部分?如何在全球范围内几乎同时分布层孔海绵，为岩石生态系统做出贡献?

由于初期层孔海绵化石记录不足，这些问题长期悬而未决。

在南京古生物学研究所博士期间，论文第一作者、韩国高丽大学博士后全族完成，前往宜昌进行野外考察，在南京古生物学研究所共同通讯作者张元动的建议下，发现了这份报告的化石。

“宜昌早奥陶世生物礁的研究已经非常深入，所以这是一个意想不到的发现。”全族完全向《中国科学报》介绍了化石名称的由来。“化石发现地周围有祖镇，中国传说中的祖先被认为是创造了蚕和缎子。这种层孔海绵的微观结构类似于缎子，所以它被命名为‘祖先’。”

“时装秀”不走寻常路。

虽然全族人花了很长时间才发现“祖”化石，但他在博士毕业前后继续与多位学者合作研究，得到了一系列的发现。

在整个海绵类中，他们认为这种海绵是由氟磷灰石构成的，它的骨骼是独一无二的。

张元动说:“就像厨师尝试新食谱一样，早期的动物在进化过程中试图用不同的材料建造骨骼。过去，海绵化石骨骼的建造要么是碳酸钙，要么是硅。”

“祖先”海绵选择磷酸盐来建造骨骼，这表明海绵动物在奥陶纪早期就具备了使用硅、碳酸钙和磷酸钙来建造骨骼的能力和机制，这表明早期生物适应环境的多样性，为科学家理解生命进化提供了新的视角。

“这就像生物在进化的‘时装秀’上尝试了一种独特的‘材料’。虽然它最终没有成为海绵动物的主流，但它显示了生命进化的丰富概率。”张元动进一步解释了这种独特性。

这个新发现建立了多孔动物门，这是第一个以硅、碳酸钙和磷酸钙为主要生物矿物质的后生动物门。

大约2000万年前的化石记录

早期层孔海绵骨中磷酸盐的出现，扩大了人类对早期动物生物矿化能力的认识，表明早期海绵可能具有多元化生物矿化战略所需的遗传能力。

研究小组认为，“祖先”海绵可能代表磷酸盐生物矿化的早期“实验产品”，后来基于碳酸盐的海绵被海洋化学反应的背景所取代。这一发现强调了环境因素在塑造生物进化方面的重要性。

不仅如此，“祖”海绵还形成了复杂的岩石结构，在构建和结合其他岩石生物成分如钙微生物、石松海绵、瓶筐石、棘皮动物等方面发挥了关键作用。

这些早期层孔海绵建造的岩石结构的复杂性堪比后来的岩石生态系统。这一发现将岩石层孔海绵的化石记录推迟了大约2000万年。

这项研究的意义不仅在于弥补了层孔海绵早期演变历史的空白，也为了了解早期动物的生物矿化过程提供了新的视角。它揭示了地球历史上礁石生态系统的复杂性，以及生物如何适应和改变环境。

审稿人认为，关于层孔海绵早期演变历史的相关信息仍然非常有限，因此这项研究对于促进这一领域的理解具有重要意义。