海綿動(dòng)物通常被認為是動(dòng)物界中最原始的類(lèi)群，分子鐘研究推測其起源時(shí)間在距今約7億年前，然而寒武紀之前的海綿化石普遍缺失并具有爭議。近期，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員袁訓來(lái)領(lǐng)導的早期生命研究國際合作團隊，在湖北宜昌距今約5.5億年前的石板灘生物群中發(fā)現了一種埃迪卡拉紀晚期的海綿動(dòng)物，填補了海綿動(dòng)物早期演化的重要環(huán)節。該成果于2024年6月5日在線(xiàn)發(fā)表于英國《自然》（Nature）雜志。

海綿動(dòng)物常被認為是最基礎和最原始的后生動(dòng)物，對地球早期海綿化石的尋找和研究能為我們探索動(dòng)物起源和早期演化模式提供關(guān)鍵的證據。現代分子生物學(xué)研究和綜合分子鐘推測表明，海綿起源和分異時(shí)間應該在距今約7億年前。然而確切的海綿化石記錄直到距今約5.39億年開(kāi)始的寒武紀才大量出現，寒武紀之前的海綿化石記錄十分稀少且大多存在爭議。海綿化石記錄存在長(cháng)達1.6億年的空缺，這一段撲朔迷離的歷史被稱(chēng)為海綿早期演化中“消失的歲月”。

對于前寒武紀海綿化石記錄缺失的解釋?zhuān)饕袃煞N假說(shuō)：第一，由于大多數現生海綿具有硅質(zhì)或鈣質(zhì)骨針，因此研究者假設海綿的共同祖先具有礦化骨針，而寒武紀之前的埃迪卡拉紀（距今約6.35-5.39億年）海綿化石的缺失可能是由于當時(shí)的環(huán)境不利于骨針的保存；第二，海綿動(dòng)物的共同祖先不具有礦化骨針，在分化出主要類(lèi)群后，各類(lèi)群才獨立演化出礦化骨針，因此前寒武紀的早期海綿動(dòng)物沒(méi)有骨針，保存潛力相對較小，也難以從化石記錄中識別出來(lái)。

近年來(lái)，袁訓來(lái)團隊對石板灘生物群進(jìn)行了大規模的化石挖掘，新發(fā)現了一類(lèi)大型的海綿動(dòng)物化石，命名為“螺旋網(wǎng)格海綿（Helicolocellus）”。螺旋網(wǎng)格海綿的發(fā)現彌補了海綿動(dòng)物早期演化的空缺，提供了早期海綿動(dòng)物的關(guān)鍵化石證據。該成果由中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、英國劍橋大學(xué)、美國弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家組成的國際合作團隊共同完成。

螺旋網(wǎng)格海綿化石的發(fā)現，是研究團隊對石板灘生物群進(jìn)行長(cháng)期的艱苦挖掘和系統研究的又一重要成果。石板灘生物群產(chǎn)出層段的薄層灰巖中不僅保存有豐富多樣的埃迪卡拉型化石，也保存了大量的動(dòng)物遺跡化石和其他動(dòng)物的實(shí)體化石。如，最早的動(dòng)物足跡化石，發(fā)表在2018年的《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上；最早的具有運動(dòng)能力的兩側對稱(chēng)動(dòng)物—夷陵蟲(chóng)，發(fā)表在2019年的《自然》（Nature）雜志上。

本次新發(fā)現的螺旋網(wǎng)格海綿，具有與六放海綿類(lèi)似的形態(tài)特征：如輻射對稱(chēng)的錐形身體、底部的盤(pán)狀固著(zhù)結構、可能的中央腔和推測的出水孔。此外，螺旋網(wǎng)格海綿的表面由規則的方格組成，這些方格可以被細分為四個(gè)形態(tài)相同的次級方格，次級方格又可以進(jìn)一步被細分。這種特殊的方格結構在一些典型的古生代六放海綿上也存在。它們形態(tài)和結構非常類(lèi)似，不同之處在于螺旋網(wǎng)格海綿的網(wǎng)格是有機質(zhì)組成，而在古生代海綿化石上則是由礦化骨針組成。本研究認為，螺旋網(wǎng)格海綿化石可能代表了一種不具有礦化骨針的早期海綿動(dòng)物。為了進(jìn)一步檢驗這一解釋?zhuān)?/span>研究團隊構建了一個(gè)包含各種現生動(dòng)物和化石動(dòng)物的形態(tài)數據矩陣，并進(jìn)行了嚴格的系統發(fā)育分析。結果顯示，螺旋網(wǎng)格海綿化石屬于冠群海綿，并且與六放海綿親緣關(guān)系接近。

螺旋網(wǎng)格海綿化石的發(fā)現，表明前寒武紀確實(shí)存在非生物礦化的海綿動(dòng)物。這一發(fā)現提示研究人員不能完全以現生海綿作為藍本去尋找前寒武紀海綿化石，因為早期海綿可能沒(méi)有生物礦化骨針，并且可能不具備現生海綿的所有特征。該發(fā)現也表明，在六放海綿早期演化歷程中，可能存在一個(gè)以有機物構建網(wǎng)狀骨架的階段，直到進(jìn)入寒武紀以后才獲得生物礦化能力，把礦物添加到已有的有機質(zhì)骨架之上，形成復合的礦化骨針組成的骨架。

前寒武紀-寒武紀界線(xiàn)前后的生物群落面貌曾被認為是天差地別。埃迪卡拉紀是形態(tài)奇異且親緣關(guān)系未知的埃迪卡拉生物群（動(dòng)物）主宰的時(shí)代；而到了寒武紀，各個(gè)現生動(dòng)物門(mén)類(lèi)接踵而出，人們熟悉的現代海洋生態(tài)系統才得以建立。螺旋網(wǎng)格海綿的發(fā)現，連接了埃迪卡拉生物群和寒武紀生物群，也表明埃迪卡拉生物群也許和現生動(dòng)物之間有某種直接的演化關(guān)系。正如本論文在審稿過(guò)程中的一位專(zhuān)家評論道：螺旋網(wǎng)格海綿可能是理解動(dòng)物演化的“羅塞塔石碑”（古埃及托勒密王朝著(zhù)名石碑，解讀出已經(jīng)失傳千余年的埃及象形文之意義與結構，而成為研究古埃及歷史的重要里程碑）。

論文第一作者為中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所特別研究助理、英國劍橋大學(xué)博士后王霄鵬博士；通訊作者為中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所萬(wàn)斌副研究員和袁訓來(lái)研究員，以及美國弗吉尼亞理工大學(xué)肖書(shū)海教授。

本研究由國家自然科學(xué)基金委員會(huì )、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和美國國家科學(xué)基金會(huì )聯(lián)合資助。湖北省自然資源廳在項目執行過(guò)程中給與了大力協(xié)助。

論文相關(guān)信息：Xiaopeng Wang,?Alexander G. Liu,?Zhe Chen,?Chengxi Wu,?Yarong Liu,?Bin Wan*,?Ke Pang,?Chuanming Zhou,?Xunlai Yuan*,?Shuhai Xiao*. 2024. A late Ediacaran crown-group sponge animal.?Nature.?https://www.nature.com/articles/s41586-024-07520-y.?

螺旋網(wǎng)格海綿化石照片（a）與激光掃描高程圖（b）

螺旋網(wǎng)格海綿復原圖

螺旋網(wǎng)格海綿和其他動(dòng)物之間的演化關(guān)系