遠(yuǎn)超人類想象！5億多年前，“海綿”在海底游泳？
馮偉民
海綿動物是動物界最原始的多細(xì)胞后生動物，沒有真正的組織和器官，只有細(xì)胞分化。近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所領(lǐng)銜的國際研究團(tuán)隊(duì)，在國際科技期刊《自然》發(fā)表論文指出，他們發(fā)現(xiàn)了距今約5.5億年前海綿動物化石，將原來距今約5.39億年前的寒武紀(jì)（距今5.39億年至4.85億年）開始出現(xiàn)的海綿動物化石紀(jì)錄向前推到了前寒武紀(jì)末（距今46億年至5.39億年），為揭開海綿動物起源之謎和早期海綿動物演化提供了重要依據(jù)。
海綿動物演化綿長，化石豐富，但主要發(fā)現(xiàn)在顯生宙（距今5.39億年至現(xiàn)代）以來的地層中，且以骨針形式保存。骨針相當(dāng)于骨架，有玻璃纖維狀的硅質(zhì)骨針和鈣質(zhì)骨針。自貴州甕安生物群被發(fā)現(xiàn)后，前寒武紀(jì)晚期的海綿骨針化石雖時有報道，但都被后續(xù)研究所否定。那么，前寒武紀(jì)海綿動物是否真的存在？分子生物學(xué)研究和綜合分子鐘推測表明，海綿動物起源和分異時間應(yīng)在距今約7億年前。寒武紀(jì)之前的海綿動物化石記錄十分稀少且大多存在爭議。
有機(jī)化學(xué)研究也揭示了海綿動物生存要比想象的更為久遠(yuǎn)。2018年，國際科技期刊《自然·生態(tài)學(xué)與演化》介紹在阿曼等地巖石中發(fā)現(xiàn)了26-甲基豆甾烷類固醇化合物，這是只有海綿動物才能合成的化合物。據(jù)此，生物標(biāo)記物表明早在6.6億-6.35億年前海底就存在海綿動物了。
2021年，《自然》刊發(fā)的論文顯示，加拿大地質(zhì)學(xué)家伊麗莎白·特納在加拿大西北地區(qū)馬更些山脈發(fā)現(xiàn)距今8.9億年的海綿動物化石的蛛絲馬跡。在用顯微鏡觀察深色疊層石時，伊麗莎白·特納竟然發(fā)現(xiàn)大量彼此交錯的白色樹枝狀紋路。這是海綿動物細(xì)胞分泌出的一種特殊蛋白質(zhì)，叫作海綿硬蛋白。它在海綿動物骨骼消失埋藏過程中，仍有可能被鈣質(zhì)礦物逐漸替代，最終呈現(xiàn)中空的管狀結(jié)構(gòu)。
在我國則發(fā)現(xiàn)了距今約6億年前、大小僅2毫米的貴州始杯海綿化石。此次發(fā)現(xiàn)距今約5.5億年前的宏體海綿動物化石，進(jìn)一步證明了前寒武紀(jì)存在海綿動物。
生物礦化作用研究表明，前寒武紀(jì)已出現(xiàn)非生物礦化骨骼作用，它是生礦作用的早期階段。在我國陜西寧強(qiáng)發(fā)現(xiàn)的大量有機(jī)質(zhì)管狀套管化石，被認(rèn)為是生物骨骼化的初級產(chǎn)物。這些套管狀化石表面常有被其他生物啃食留下的圓孔，因此，骨骼化成因之一似與生物捕食作用有關(guān)。
新發(fā)現(xiàn)的螺旋網(wǎng)格海綿動物，具有與六放海綿動物類似的形態(tài)特征，例如，輻射對稱的錐形身體表面由規(guī)則的方格組成，又可細(xì)分為次級方格，次級方格還可細(xì)分為更加微小的方格。這種特殊結(jié)構(gòu)與古生代六放海綿動物在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上極度類似，但前者的螺旋網(wǎng)格是有機(jī)質(zhì)，而后者則是由礦化骨針組成。這反映了海綿動物在前寒武紀(jì)和顯生宙兩個不同地質(zhì)階段具有不同的生物礦化特征。
螺旋網(wǎng)格海綿化石的發(fā)現(xiàn)，表明前寒武紀(jì)確實(shí)存在非生物礦化的海綿動物，但是不具備現(xiàn)生海綿動物的所有特征。該發(fā)現(xiàn)也表明，在六放海綿動物早期演化過程中，可能存在一個以有機(jī)物構(gòu)建網(wǎng)狀骨架的階段，直到進(jìn)入寒武紀(jì)后才獲得生物礦化能力，把礦物添加到已有的有機(jī)質(zhì)骨架之上，形成復(fù)合的礦化骨針組成的骨架。
海綿動物非常原始，它們對溫度變化及氧氣水平很不敏感，能在水中經(jīng)常性地進(jìn)行過濾，可從那些死亡的生物體中汲取養(yǎng)分。因此，海綿動物在經(jīng)歷地球上的災(zāi)難后，不僅能充當(dāng)生物復(fù)蘇的先鋒隊(duì)，還能擔(dān)當(dāng)災(zāi)后海洋生態(tài)修復(fù)的重任。同時，海綿動物是最早參與前寒武紀(jì)晚期后生動物礁建設(shè)的成員，在顯生宙后生動物礁建設(shè)中幾度擔(dān)當(dāng)主力。
新發(fā)現(xiàn)的海綿動物化石，進(jìn)一步明確了其在前寒武紀(jì)生物界的地位和作用，從生物礦化上展現(xiàn)其存在兩個階段的演化過程。
（作者系中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員、南京古生物博物館名譽(yù)館長）
