“海綿寶寶”的曾曾曾……曾祖母現(xiàn)身記

2024-11-30 00:00王霄鵬萬斌

知識就是力量 2024年11期

海綿，作為最原始的動物，其早期化石記錄卻出奇地不完整。然而，科研人員最近發(fā)現(xiàn)的5.5億年前的海綿化石，為我們揭開了海綿撲朔迷離的演化史的一角。

沒有大腦的最古老動物

海綿動物，又稱多孔動物，因其疏松多孔的內部結構而得名。早年間，人們常將地中海出產的天然海綿作為清潔用品，但現(xiàn)在幾乎已經被人造海綿所取代。

海綿的身體結構非常簡單，它們沒有大腦、心臟之類的器官分化，也沒有肌肉、神經系統(tǒng)等結構來運動或對外界的刺激做出反應。海綿只能通過區(qū)區(qū)十多種細胞來完成生命活動，其中最為關鍵的叫作領細胞。

領細胞有一條鞭毛，鞭毛被一圈“衣領”包圍著。海綿通過擺動鞭毛來獲取食物顆粒。領細胞在形態(tài)上與動物的單細胞親戚——領鞭毛蟲十分相似，因此，100多年前，科學家就把海綿作為最原始的、具有單細胞生物特征的動物看待，認為其身上藏有破解動物起源之謎的鑰匙。

“消失”的海綿

作為最古老的動物，分子生物學研究顯示，海綿的起源時間在距今約8億～7億年前。因此，人們期待可以在早期的動物群落中發(fā)現(xiàn)大量的海綿化石。但出乎意料的是，寒武紀（約5.38億～4.9億年前）之前的化石記錄中，竟然沒有一個可靠的海綿化石。多年來，古生物學家?guī)缀跆け槿澜绲那昂浼o地層，但是一直沒有發(fā)現(xiàn)海綿的實體化石。

為什么明明知道海綿在那里，卻始終找不到它們呢？這可能與海綿的一種特殊結構——骨針有關。人們印象中的海綿是軟綿綿的洗浴用品，但若是在海灘上撿到海綿，可千萬別拿來洗澡，因為大部分天然海綿都是帶“刺”的，這些“刺”就是鈣質或硅質的骨針，是鑒定海綿的重要特征。

或許，前寒武紀的海洋環(huán)境不適合骨針的保存，使得它們在變?yōu)榛熬捅蝗芙饬?；也可能早期的海綿沒有礦化的骨針。缺少了如此重要的特征，即使海綿被保存了下來，也難以被鑒定為海綿。

早期海綿的奇異樣貌

直到最近，古生物學家在湖北省宜昌市的埃迪卡拉紀（約6.35億～5.38億年前）石板灘生物群中，發(fā)現(xiàn)了珍貴的海綿化石，它回答了前寒武紀的海綿去哪里了的問題。

新發(fā)現(xiàn)的化石名為螺旋網格海綿，形態(tài)猶如一只站立在海底的高腳杯，錐形的身體通過一根粗壯有力的莖與圓盤狀的固著器相連。它的身體中央具有一個空腔，還可能具有出水孔，這些特征都與現(xiàn)代海綿如出一轍。

螺旋網格海綿的表面由規(guī)則的田字形方格構成。奇特的是，每個方格都被等分為4個形狀一樣的小方格，被稱為二級方格。二級方格還能被進一步等分至少兩次。這種連續(xù)規(guī)則分割的網格結構與康托爾集（人們最早認識的分形結構之一）有著異曲同工之妙。為了紀念描述該集的數學家，這種海綿的種名被定為康托爾螺旋網格海綿。

在自然界中，分支狀分形隨處可見，從宏偉的山脈、河流，到植物的枝葉、動物的血管等等。但方格狀分形結構極為罕見，僅在螺旋網格海綿和一些古生代的六放海綿（一類具有硅質骨骼的海綿）中有所發(fā)現(xiàn)。螺旋網格海綿和這些后世的六放海綿的形態(tài)和結構高度相似，唯一的區(qū)別在于構成網格的材料：前者由有機質組成，而后者則由礦化的骨針構成。

逐漸浮現(xiàn)的演化圖景

科研人員通過系統(tǒng)發(fā)育分析，確定了螺旋網格海綿在動物家族（譜系）樹上的位置：六放海綿。這是人們首次在寒武紀之前的地層中發(fā)現(xiàn)確定的海綿化石，而這些海綿化石已經屬于現(xiàn)生的海綿門類，距離海綿的始祖還有著遙遠的演化距離。因此，海綿還有更久遠的演化歷史可以追溯，更多的早期海綿化石有待發(fā)現(xiàn)。

螺旋網格海綿和古生代海綿，在形態(tài)上的相似性和成分上的差異性表明，海綿曾存在一個完全以有機物構建身體骨架的階段。而到了寒武紀，海綿和其他多個門類動物同時獲得了生物礦化能力，將礦物加入原有的有機物骨架中，形成了由礦化骨針構建的骨架。當認識到早期海綿具有有機物骨架之后，尋找前寒武紀海綿便不等同于尋找礦物骨針。