刚毛丈量出远古海洋底栖生物“社交距离” | 科技前线

近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究人员，针对在中国贵州桐梓、仁怀地区发现的约4.36亿年前志留纪早期腕足动物化石居群，展开深入研究，首次揭示这些远古海洋底栖生物如何巧妙利用身体上的微小结构——刚毛，来维持彼此间的“社交距离”，形成井然有序的生存格局。研究为“远古生物如何通过自身结构调控个体间距”这一古生态学问题提供了直接证据。

01

揭秘刚毛精细形态

腕足动物是古生代海洋中的优势类群。研究聚焦一种名为遮隐核螺贝（

Nucleospira calypta

刚毛是腕足动物外套膜边缘生长的细长、柔韧的毛状结构，在化石中极难保存。此次化石标本罕见地保存了腕足动物外套膜边缘的刚毛结构。

▲遮隐核螺贝及其由氧化铁保存的刚毛。腹壳内模（A-B），刚毛局部放大及刚毛细节图（C-D），刚毛扫描电镜与能谱分析（E-H）

研究人员综合运用了扫描电镜、X射线荧光光谱和显微CT等多种现代分析技术，清晰重构了这些直径约20微米的刚毛的精细形态，还证实了一种独特的保存机制：刚毛先是在缺氧环境下迅速黄铁矿化，继而在弱酸性条件中被钙质外壳包覆，避免被压实与氧化，即便黄铁矿后期转为氧化铁，刚毛的微观形态仍能被完整保留。

▲保存于矿化层下的刚毛形态（A-F），及其显微结构（F-H）与Micro-CT三维重建（I-K）

02

空间优化之道

在确证了这些精微结构后，研究人员将目光投向了整个居群，发现遮隐核螺贝的分布并非随机杂乱，而是呈现出一种统计学上显著的、类似棋盘的非随机、均匀分布模式。这种“棋盘状”布局暗示着个体之间存在一种间距调节机制。

研究发现，化石居群中个体之间的平均距离与它们保存完好的刚毛长度之间存在着明确的定量关系，这个间距大约是刚毛长度的1.5倍-2倍。

▲化石居群及其元素分布（A-D，F），其空间分布分析（E）

看似固着不动的生物发生位置微调，并非没有先例。例如现代藤壶在固着后，仍能进行极其缓慢的迁移，以优化生存空间。

研究推测，遮隐核螺贝光滑的盘状外壳和无肉茎的特征，使其具备了在外力（如微弱水流）或自身极其微弱的活动下，发生毫米级缓慢滑动的可能。

当个体间距过近，其伸展的刚毛便会与“邻居”接触。这种持续的物理接触，经过长时间的累积，最终促使整个居群达到一个互不干扰、空间利用最优化的稳定构型。对于滤食性生物，这至关重要，能最大限度避免彼此的摄食水流相互干扰。

▲基于化石标本复原的遮隐核螺贝单个个体及其边缘的刚毛（A），及居群生活状态的生态复原图（B）

03

超越被动生存

研究首次将一种精微的解剖学结构（刚毛），与一个统计学上显著的居群空间格局直接联系起来，为“生物间的相互作用如何塑造居群结构”这一古生态学核心问题提供了直接的化石证据。

研究表明，远古居群的形成并不仅仅受制于被动的环境因素或幼虫的随机固着，生物个体间由其形态结构引起的相互作用同样扮演了至关重要的角色。

这一发现不仅加深了我们对古生代海洋生态系统复杂性的理解，也凸显了那些看似微不足道的特征在生命演化长河中可能产生的重要生态影响。

论文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2509354122

来源：中国科学院南京地质古生物研究所

责任编辑：王颖