最古老层孔海绵化石“现身” | 科技前线

在地球生命演化的长卷中，奥陶纪生物大辐射事件标志着海洋生态系统复杂化的关键转折。层孔海绵作为这场“变革”的核心参与者，其突然崛起始终是古生物学界的未解之谜——这类造礁生物如何在全球海域同步出现？它们的矿化能力从何而来？这些问题因早期化石证据的缺失长期悬置。

日前，中国科学院南京地质古生物研究所等，在宜昌远安发现迄今最古老的层孔海绵化石（距今4.8亿年前），命名为嫘（léi）祖冠毛层孔海绵（Lophiostroma leizunia sp. nov. Jeon），为这些谜题提供了答案。

▲华南早奥陶纪层孔海绵动物礁及相关生物复原图。棕色：层孔海绵 Lophiostroma leizunia；橙色：石松海绵；浅绿色：瓶筐石；苔绿色：钙微生物；棘皮动物（海百合）。原始艺术作品由E. Manzanero Criado创作，并经其授权发表

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新发现的层孔海绵化石

层孔海绵，曾被称为层孔虫，是奥陶纪-泥盆纪（古生代）标志性的浅海造礁动物之一，在地理分布和造礁作用方面类似中生代之后的石珊瑚。在北美大陆，由层孔海绵形成的生物礁是非常重要的油气储层。

本次发现的层孔海绵，在野外观察时呈黑色。大多数个体的长度限于一到两个手指节。形状多样，有薄层状、圆顶状、球状、柱状、指状等。

▲嫘祖冠毛层孔海绵构造，纵切面（A-D, F, G）和横切面（H-I）特征

化石发现地附近有一个嫘祖镇，因而将化石命名为嫘祖冠毛层孔海绵。在古代传说中，嫘祖被认为发明了养蚕和丝绸，而本次发现的层孔海绵，其微观结构与丝绸又有着相似之处。

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远古“造礁者”
骨骼藏“玄机”

科研团队发现，嫘祖冠毛层孔海绵通过氟磷灰石（即磷酸盐）构建骨骼，这在海绵中是独一无二的。

这一新发现确立了多孔动物门。这是第一个已知的利用三种主要生物矿物质（硅、碳酸钙和磷酸钙）的后生动物门。

▲嫘祖冠毛层孔海绵的元素分布

早期层孔海绵骨骼中磷酸盐的存在，拓展了人类对早期动物生物矿化能力的理解，表明早期海绵可能已具备多样化生物矿化策略所需的遗传能力。

另外，嫘祖冠毛层孔海绵形成复杂的礁结构，在框架构建和结合其他造礁生物组分（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。这些早期的层孔海绵所建造的礁结构，其复杂性堪比后来的礁生态系统。这一发现将造礁层孔海绵的化石记录，提前了约2000万年。

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早期演化“实验品”

研究填补了层孔海绵早期演化历史的空白，还为理解早期动物的生物矿化过程提供了新的视角。揭示了地球历史上关键时期礁生态系统的复杂性，以及生物如何适应和改变环境。

科研团队认为，嫘祖冠毛层孔海绵可能代表了磷酸盐生物矿化的早期“实验品”。它们在演化中尝试一种又一种独特的“材料”，虽然最终在海绵动物中没有成为主流，但为我们展示了生命演化的丰富可能性。

▲宜昌远安发现的早奥陶纪层孔海绵-棘皮动物生物礁

这项研究展示了生物多样性和生态系统复杂性在地球历史早期阶段（距今4.8亿年前）就已经存在，为理解现代海洋生态系统的起源和演化提供了宝贵的线索。

来源：中国科学院南京地质古生物研究所

责任编辑：王颖