科学家揭秘4.6亿年前海底“迷你世界”，“海绵宝宝”家族兴盛

近日，中国科学院南京地质古生物研究所国际科研团队，在英国威尔士中奥陶世地层中发现一个保存有大量精美软躯体化石的特异埋藏化石库。该生物群已发现有170多种生物，其中海绵动物最为丰富，约40种。这项研究揭示了4.62亿年前奥陶纪海洋生物多样性和生态面貌，相关成果于2023年5月1日发表在国际期刊《自然》子刊《自然-生态与进化》。

△城堡滩生物群群落重建图

“特异埋藏化石库”保存大量软躯体化石

化石是研究地球历史、生物演化重要的直接证据，特别是保存有软躯体的生物类群，为了解早期生物的形态和生态群落特征，提供了宝贵的窗口，这类型生物群被称为“特异埋藏化石库”。

△城堡滩生物群中未知软躯体生物

此次，由南京古生物所外籍科学家JosephP.Botting、副研究员马俊业与研究员张元动等组织的国际科研团队发现的“布尔吉斯页岩型”特异埋藏化石库——城堡滩生物群，位于英国威尔士中部城堡滩采石场。

“布尔吉斯页岩型”对普通人来说，可能是一个略显陌生的名词，但在古生物学界可是大名鼎鼎。这类化石库最早于1909年发现于加拿西南部的寒武纪中期布尔吉斯页岩中，并因此得名。这类岩层保存下的化石库，不仅可以保存动物骨骼，还能保存下软体形态的组织、器官。对于研究远古软躯体生物的科学家来说，“布尔吉斯页岩型”意味着更高的价值。但保存完好的“布尔吉斯页岩型”化石库通常限于寒武纪，而在年代更新的奥陶纪地层中鲜有发现。

正因如此，城堡滩生物群具有较高的研究价值。通过研究表明，该地区在奥陶纪时期位于阿瓦隆尼亚大陆板块，处在南半球温带地区，城堡滩生物群的时代距今约4.62亿年。

奥陶纪因生物多样性大幅度增加，在科学界有“奥陶纪生物大辐射”之称。那个时代的生物，不再囿于近海，而是向更广阔的大洋进军。在近岸浅海、远洋深海、水体表层、海洋底质都被种类丰富的生物占领，从此之后海洋开始真正热闹起来。

“迷你世界”构成了完整食物链

截至目前，城堡滩生物群已发现有170多种生物，涵盖海绵动物、刺细胞动物，棘皮动物、脊索动物，节肢动物、软体动物、星虫类、曳鳃动物、苔藓动物、环节动物、腕足动物等多个动物门类。其中，海绵动物最为丰富，约40种。研究人员发现了一种海绵，属于现代六射海绵的干支类群，已具有了现代海绵的一些原始特征。

△城堡滩生物群具矿化骨骼生物

体型“迷你”是城堡滩生物群的一大特征。该生物群中大多数生物体长为1-5毫米，比米粒大不了多少。“最大的研究难点，就是体型小。”马俊业介绍，科研人员用上了电子显微镜观察和扫描。

这个毫米级的“迷你世界”，已经构成了一个比较完整的食物链。在食物链的顶端，是一种长相类似寒武纪欧巴宾海蝎的节肢动物，属于捕食型生物。而在食物链的底端，是各种海藻，它们是各种滤食动物的“主菜”。食物链的中部则是海绵动物、腕足动物，笔石等生物。

△城堡滩生物中六足类节肢动物

通过对比早奥陶世“布尔吉斯页岩型”动物群，研究团队认为，无论是从总体生物，还是软躯体生物方面，城堡滩动物群都具有较高的生物多样性。城堡滩动物群不仅提供了海洋动物群由寒武纪生物群向古生代生物群演变的新视角，也揭示了海洋生态平衡系统从寒武纪捕食型主导向古生代滤食性动物主导类型转变的新阶段。

是何种原因促成了这种变化？马俊业推测，寒武纪末-奥陶纪初期，海洋环境发生了变化，浮游生物大量出现，促生了虑食性动物的繁盛。同时，研究人员还发现了一些节肢动物中现代泛甲壳生物的干支类群，进一步丰富了当时的生物多样性。

未解之谜：为什么它们都是小个头？

这次发现的许多化石保存着软组织，消化系统、眼睛、视神经和大脑等。目前，软组织的材料还在整理中。马俊业表示，若能发现细节保存比较好的大脑组织，对研究大脑演化将有重要帮助。

在研究中，还有一些未解之谜尚待揭开答案。与以往发现的奥陶纪化石相比，城堡滩生物群明显体型更小，是什么因素促使这里生活着种类丰富的小型生物？

有假设认为，它们可能尚处于幼年阶段，但从分类上来看，这些生物具有可以详细分类的具体特征，可以初步排除幼年阶段的可能性。

低氧环境，也是可能造成生物小体型的因素。但城堡滩生物群具备相当丰富的多样性，这说明当时的环境有利于生物生长。因此，马俊业认为，低氧可能不是关键因素，这个神奇的“迷你世界”中生物体积之谜，值得进一步的研究。