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远古“海绵”——绵里藏“针”揭奥秘

黄铁矿化的骨针

黄铁矿化的骨针

晚奥陶世的六射海绵产地:安徽泾县

晚奥陶世的六射海绵产地:安徽泾县

据中国科学报(袁一雪):提到海绵,人们自然而然想到的是一种常见的生活用品,柔软而有弹性,这是人工合成制造而成的海绵。

但鲜有人知的是,很久以前,有一种来自大海的动物也叫海绵。

就外形而言,海绵距离人们常见的动物的样子相差甚远,它没有头,也没有尾、躯干和四肢,更没有神经和器官。它一直保持如此原始的样子,甚至6亿年的进化历程都没有改变太多,但其顽强的生命力让海绵从几次生物大灭绝中幸存下来。

在众多被研究的古生物化石中,海绵并不显眼,甚至一些观点认为海绵化石缺乏地层意义,没有太多应用价值,但一些古生物专家却未曾放弃过对海绵的研究,中国科学院南京地质古生物研究所博士李丽霞就是其中之一,她认为,海绵的研究价值远超过人们的想象。

意外发现

2011年,李丽霞攻读博士学位期间,在查阅相关文献资料时发现了一个叫泾县的小地方。这个小县城位于安徽省南部,曾经是新四军军部所在地,同时也是古生物研究工作开展得比较早的地区。早在上世纪80年代,就有南京地质古生物研究所的老前辈陆续前往这一地区及周边区域进行古生物学与地层学相关研究。在那里先后发掘出4.45亿年前的腕足类,以及三叶虫、笔石等化石,但一直没有与海绵相关的报道。

抱着试试看的心态,李丽霞与导师到达了泾县的剖面所在地。“当时,我被眼前的景象震撼了,一个群山环抱的小山村,仅有一条进村的小路,周围到处都是外形差不多的山包,很难确定哪个是产出化石的区域。”李丽霞回忆道。

没有气馁,他们更详细地研究前人的资料,徒步踏勘了周边大大小小的山包,终于在一个不显眼的无名小山包上找到了线索。

最先被找到的是腕足类和三叶虫,根据形态特征,研究人员推断这里的化石属于晚奥陶世较为特征的赫南特动物群。紧接着,在对上下地层仔细观察和标本采集过程中,他们不断发现新的门类,如笔石、棘皮类等。最终,岩石上一些细长如针状的化石吸引了他们的注意力,李丽霞与导师很快判断出这些化石就是构成海绵体骨骼的重要组成部分——骨针。

骨针是海绵的骨骼,有些海绵的骨骼也由骨片组成。一般情况下,海绵的软体很难被完整地保留下来,而且经过时间的荡涤,海绵留在化石中的痕迹便只剩下骨针或者骨片了。因此,骨针的出现令研究人员兴奋不已。

为了寻找更多的化石,他们从剖面最下面开始,一层一层逐层向上采集,终于在发现赫南特动物群之上的一个层位,发现了保存完整的海绵化石,“当时我们激动得都要跳起来了”。李丽霞在接受《中国科学报》采访时忆起当时的心情。最终,他们采集了两大箱保存精美的海绵化石,满载而归。

由海绵引发的故事

通过分析,李丽霞等人发现,带回来的海绵化石主要由保存完整的硅质海绵组成,既包括布尔吉斯页岩型海绵类群,也包括与现生海绵特征极为相似的类群。

判断海绵属于不同类群的标准,取决于骨针的类型及其排列方式。因为海绵的分类主要受幼虫形态、繁殖方式、骨针类型及骨针排列方式等多方面因素影响,海绵动物死后,其软体部分往往难以保存,只有硬体部分才有可能保存为化石。因此,海绵的幼虫形态和繁殖方式几乎无从考证,并不适合作为分类依据。但是大部分海绵所具有的类型各异的骨骼,就成为海绵化石最基本的特征,也是海绵动物最基本的分类依据。例如普通海绵纲的大骨针主要是四轴骨针和单轴骨针,骨针往往呈放射状或者轴向排列,而六射海绵纲的大骨针则均为三轴骨针,骨针多呈规则的网格状排列,或者不规则排列构成松散的骨架。

再通过对海绵化石的保存状况仔细分析,李丽霞与导师推断这些海绵当时很可能是被泥质浊流快速掩埋。不仅如此,研究人员更发现这些海绵类群均产自深水、低能且生态位充足、竞争者较少的生态空间中。它们的辐射演化与奥陶纪末大灭绝期间全球性广布的缺氧事件以及大规模海侵有密切联系。更重要的是,这是全球首次发现于晚奥陶世的有骨针海绵,填补了这一时期有骨针海绵化石记录的空白。

未完成的研究

然而,这并不是研究的终点,关于晚奥陶世的海绵研究将一直继续。

晚奥陶世是一个非常特殊的时期,处于地质历史上第一次大的灭绝事件期间,大约85%的海洋物种在这一时间后灭绝。

在对海绵的研究中,研究人员通过海绵分类学及系统发育研究,尝试揭示大灭绝前后海绵多样性演变细节。而且,通过对奥陶纪末大灭绝期间海绵动物群的埋藏学特征进行探索,进而探讨其埋藏环境及保存机制。此外,研究人员还依托剖面的优势,对奥陶纪末海绵动物群的多样性演变、海洋环境背景进行实例分析,力求揭示灭绝事件后海绵动物的复苏和再辐射模式。

其实,海绵是一种非常重要的造礁生物。最早从奥陶纪开始,普通海绵中的一个分支——石海绵类便开始参与造礁。到了晚古生代,钙质海绵数量激增,串管海绵等钙质海绵类大量繁盛,造就了一个大规模的成礁期。此后的三叠纪,海绵依旧是重要的造礁主力军。

“海绵造礁往往形成不同类型的礁灰岩,由于具备较高的孔隙性和渗透率,这类岩石颇有利于油气的富集和储存。因此,研究海绵化石,尤其是造礁海绵对礁体形成和发育的影响对于寻找具有工业意义的油气田,规划找油远景区有着非常重要的意义。”李丽霞表示。

而且,海绵的适应性较强,可以生活在不同深度、不同盐度的水域中,所以海绵化石对科学家分析了解、恢复当时的古环境提供了非常重要的指示意义。此外,海绵骨针也具有很重要的地质意义,因为有些会大量、局部富集形成燧石层或者海绵骨针岩,这种岩石可以作为一种标志层,指示当时的沉积环境、气候变化及构造运动等,对于地层对比也有一定的作用。

“现在,进行海绵化石相关研究工作的人员不多,但其实我国具有得天独厚的优势,化石资料十分丰富。未来,依托材料的优势,结合自身丰富的研究经验,势必为海绵化石研究提供巨大的推动作用。”李丽霞表示。而且,新技术、新方法的推广和应用也为海绵化石的研究注入新的活力。

机器头条新闻 news.ji-qi.com)综合整理。

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