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層孔海綿是奧陶紀-泥盆紀標志性的淺海造礁動物之一，在礁構建中的作用、生態(tài)地位和地理分布方面類似于現(xiàn)代珊瑚。在中奧陶世達瑞威爾晚期，層孔海綿幾乎同時融入熱帶至亞熱帶氣候區(qū)的全球礁生態(tài)系統(tǒng)。由于受到奧陶紀生物大輻射事件期間海洋生物多樣化的影響，這一時期的著礁生態(tài)系統(tǒng)從微生物主導向?qū)涌缀＞d和珊瑚主導轉(zhuǎn)變。然而，層孔海綿突然融入礁生態(tài)系統(tǒng)引發(fā)了一系列科學問題：最早的層孔海綿何時出現(xiàn)？它們?nèi)绾潍@得礦化骨骼？最早的層孔海綿在古生態(tài)中扮演什么角色？它們?nèi)绾纬蔀榻干鷳B(tài)系統(tǒng)的重要組成部分？層孔海綿如何在全球范圍內(nèi)幾乎同時分布并對礁生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻？這些因為缺少早期層孔海綿的化石記錄而無從得知。

中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所早古生代研究團隊與韓國古生物研究團隊等，在湖北省宜昌市遠安縣發(fā)現(xiàn)了約4.8億年前的層孔海綿化石，并命名為嫘祖冠毛層孔海綿（Lophiostroma leizunia sp. nov. Jeon）。這是全球發(fā)現(xiàn)的迄今為止最古老的層孔海綿化石。這一發(fā)現(xiàn)將造礁的層孔海綿的化石記錄提前了約2000萬年，揭示了早期礁生態(tài)系統(tǒng)和生物礦化演化的獨特機制。

以往研究表明，海綿化石骨骼建造要么是碳酸鈣，要么是硅。該研究發(fā)現(xiàn)，嫘祖冠毛層孔海綿通過氟磷灰石構建骨骼，這在整個海綿類中尚未見過。這一新發(fā)現(xiàn)確立了多孔動物門，這是第一個已知的利用硅、碳酸鈣和磷酸鈣三種主要生物礦物質(zhì)的后生動物門。早期層孔海綿骨骼中磷酸鹽的存在，拓展了人類對早期動物生物礦化能力的認知，表明早期海綿可能具備多樣化生物礦化策略所需的遺傳能力。

進一步，研究顯示，嫘祖冠毛層孔海綿形成復雜的礁結(jié)構，在框架構建和結(jié)合其他造礁生物組分如鈣微生物、石松海綿、瓶筐石、棘皮動物等方面發(fā)揮了關鍵作用。這些早期的層孔海綿建造的礁結(jié)構的復雜性，可以媲美后來的礁生態(tài)系統(tǒng)。

研究認為，嫘祖冠毛層孔海綿可能代表磷酸鹽生物礦化的早期“實驗品”，后來在海洋化學變化的背景下被基于碳酸鹽的海綿所取代。這強調(diào)了環(huán)境因素在塑造生物演化過程中的重要性。

上述研究推進了科研人員對早期生命演化的理解，為未來研究早期地球環(huán)境與生物相互作用提供了新方向，并展示了生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)復雜性在約4.8億年前的地球歷史早期階段便已存在，為探討現(xiàn)代海洋生態(tài)系統(tǒng)的起源和演化提供了線索。

4月1日，相關研究成果發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。

論文鏈接

嫘祖冠毛層孔海綿構造：縱切面（A-D、F、G）和橫切面（E、H-I）特征

嫘祖冠毛層孔海綿的元素分布

宜昌遠安發(fā)現(xiàn)的早奧陶紀層孔海綿-棘皮動物生物礁