“海绵宝宝”的曾曾曾……曾祖母现身记

海绵，作为最原始的动物，其早期化石记录却出奇地不完整。然而，科研人员最近发现的5.5亿年前的海绵化石，为我们揭开了海绵扑朔迷离的演化史的一角。

（图源《知识就是力量》杂志）

没有大脑的最古老动物

海绵动物，又称多孔动物，因其疏松多孔的内部结构而得名。早年间，人们常将地中海出产的天然海绵作为清洁用品，但现在几乎已经被人造海绵所取代。

海绵的身体结构非常简单，它们没有大脑、心脏之类的器官分化，也没有肌肉、神经系统等结构来运动或对外界的刺激做出反应。海绵只能通过区区十多种细胞来完成生命活动，其中最为关键的叫作领细胞。

领细胞有一条鞭毛，鞭毛被一圈“衣领”包围着。海绵通过摆动鞭毛来获取食物颗粒。领细胞在形态上与动物的单细胞亲戚——领鞭毛虫十分相似，因此，100多年前，科学家就把海绵作为最原始的、具有单细胞生物特征的动物看待，认为其身上藏有破解动物起源之谜的钥匙。

领鞭毛虫（绘图 / 飞飞）

“消失”的海绵

作为最古老的动物，分子生物学研究显示，海绵的起源时间在距今约8亿～7亿年前。因此，人们期待可以在早期的动物群落中发现大量的海绵化石。但出乎意料的是，寒武纪（约5.38亿～4.9亿年前）之前的化石记录中，竟然没有一个可靠的海绵化石。多年来，古生物学家几乎踏遍全世界的前寒武纪地层，但是一直没有发现海绵的实体化石。

为什么明明知道海绵在那里，却始终找不到它们呢？这可能与海绵的一种特殊结构——骨针有关。人们印象中的海绵是软绵绵的洗浴用品，但若是在海滩上捡到海绵，可千万别拿来洗澡，因为大部分天然海绵都是带“刺”的，这些“刺”就是钙质或硅质的骨针，是鉴定海绵的重要特征。

或许，前寒武纪的海洋环境不适合骨针的保存，使得它们在变为化石之前就被溶解了；也可能早期的海绵没有矿化的骨针。缺少了如此重要的特征，即使海绵被保存了下来，也难以被鉴定为海绵。

螺旋网格海绵表面的多级网格结构。a-d 中的白色方框分别代表一至四级方格；e 为多级网格结构示意图（供图 / 王霄鹏）

早期海绵的奇异样貌

直到最近，古生物学家在湖北省宜昌市的埃迪卡拉纪（约6.35亿～5.38亿年前）石板滩生物群中，发现了珍贵的海绵化石，它回答了前寒武纪的海绵去哪里了的问题。

新发现的化石名为螺旋网格海绵，形态犹如一只站立在海底的高脚杯，锥形的身体通过一根粗壮有力的茎与圆盘状的固着器相连。它的身体中央具有一个空腔，还可能具有出水孔，这些特征都与现代海绵如出一辙。

螺旋网格海绵的表面由规则的田字形方格构成。奇特的是，每个方格都被等分为4个形状一样的小方格，被称为二级方格。二级方格还能被进一步等分至少两次。这种连续规则分割的网格结构与康托尔集（人们最早认识的分形结构之一）有着异曲同工之妙。为了纪念描述该集的数学家，这种海绵的种名被定为康托尔螺旋网格海绵。

螺旋网格海绵复原图（绘图 / 杨定华）

在自然界中，分支状分形随处可见，从宏伟的山脉、河流，到植物的枝叶、动物的血管等等。但方格状分形结构极为罕见，仅在螺旋网格海绵和一些古生代的六放海绵（一类具有硅质骨骼的海绵）中有所发现。螺旋网格海绵和这些后世的六放海绵的形态和结构高度相似，唯一的区别在于构成网格的材料：前者由有机质组成，而后者则由矿化的骨针构成。

螺旋网格海绵的激光扫描高程图，即利用激光雷达技术获取并绘制出来的，能够精准反映化石高低起伏的图片（供图 / 王霄鹏）

逐渐浮现的演化图景

科研人员通过系统发育分析，确定了螺旋网格海绵在动物家族（谱系）树上的位置：六放海绵。这是人们首次在寒武纪之前的地层中发现确定的海绵化石，而这些海绵化石已经属于现生的海绵门类，距离海绵的始祖还有着遥远的演化距离。因此，海绵还有更久远的演化历史可以追溯，更多的早期海绵化石有待发现。

螺旋网格海绵和古生代海绵，在形态上的相似性和成分上的差异性表明，海绵曾存在一个完全以有机物构建身体骨架的阶段。而到了寒武纪，海绵和其他多个门类动物同时获得了生物矿化能力，将矿物加入原有的有机物骨架中，形成了由矿化骨针构建的骨架。当认识到早期海绵具有有机物骨架之后，寻找前寒武纪海绵便不等同于寻找矿物骨针。

螺旋网格海绵化石（供图 / 王霄鹏）

具有网格结构的寒武纪对角海绵（供图 / 王霄鹏）

古生物学家每一次细心的观察，每一次大胆的推断，都是向着更完整的海绵进化图谱迈进的一大步。

撰文 | 王霄鹏 万斌

责任编辑 | 高琳 张丽涵

运营编辑 | 张丽涵

质量审核 | 业蕾

❖ 来源：《知识就是力量》杂志

《“海绵宝宝”的曾曾曾……曾祖母现身记》❖

现订购2024年

定价360元