海绵动物是重要的造礁生物。图为澳大利亚大堡礁南部附近水域的健康珊瑚

　　海绵动物作为最原始的多细胞动物，就像蓝藻那样一直演化至今，是动物界历久弥新、持续演化至今的动物代表，更是在生物演化中历经磨难而不倒的传奇动物明星。

冯伟民

　　动物的演化历史在整个生命史中是相当滞后的，在距今10亿~5.4亿年的新元古代才开始有了动物的化石记录，而之前的生物演化已经历了将近30亿年。追溯动物界的源头，一直是科学家关注的热点。

　　分子钟研究显示，动物可能起源于埃迪卡拉纪之前。现有的化石记录也已表明，最古老的动物大约出现在近10亿年前，而最古老的成体化石出现在6亿年前。在前寒武纪最后一个时代——埃迪卡拉纪则呈现了从未有过的一波又一波的生物群演化，并以生物宏体化、初级骨骼化和开启爬行时代来迎接动物世界黎明的到来。

　　然而，最古老的动物究竟是什么，科学家们又是如何溯源的呢？最近他们有了新的研究发现。

追溯最古老动物

　　海绵是一种简单的动物，是整个动物界最原始的类群，它没有真正的组织和器官，只有细胞分化。从现代海绵动物中采集的基因证据表明，它们可能出现于新元古代早期，但一直以来，这一时期的海绵动物化石极为罕见。2015年，在中国发现的贵州始杯海绵，将海绵化石的记录一下子向前推进了6000万年。

　　但长期以来人们通常认为，地球上第一批多细胞生物除了海绵，还可能有类似现代的水螅。过去10年中，研究地球上最原始生物DNA的遗传学家一直试图解开这一谜题。他们发现，栉水母更可能是最早的多细胞生物，它的特点是具有复杂的解剖学特征，拥有简单的“大脑”和“胃”。

　　而随着研究推进，科学家发现了海绵动物、栉水母和其他原始海洋动物的新基因组。同时，英国布里斯托大学的达维德·皮萨尼及其同事经过调查发现，那些认为栉水母是最古老动物的研究大多建立在低质量的进化模型上，事实上很难解释动物种群之间是怎样一种关联，这些都促使遗传学家改变了原来的认识。

　　2021年，英国科学家在《当代生物学》杂志上发文称，最古老的动物不是水母或栉水母动物，而是海绵动物，因为从海绵体上可以看到地球第一批多细胞生物的原始结构。因此，英国科学家认为，海绵动物才是现代地球上最古老的动物。

最古老海绵化石8.9亿岁

　　2018年，一篇发表于英国《自然·生态学与演化》杂志的论文，介绍了在阿曼、西伯利亚和印度的岩石中发现的名为26-甲基豆甾烷的类固醇化合物。其特殊意义在于，在自然界中，只有海绵动物才能合成这种化合物。因此，这些可以追溯到6.6亿?6.35亿年前的生物标记物可能表明，早在那时海底就已经有动物生存了。

　　更惊人的发现是今年7月发表在英国《自然》杂志上的文章。该文报道了由英国谢菲尔德大学和美国波士顿学院组成的一个科学家小组在苏格兰高地上的一个重大发现——一块包含两种不同细胞类型的微化石，它可能是有记录以来最早的多细胞动物。

　　科学家们发现的这块化石结构清晰，内部是一个紧密的球形立体细胞，外面由一层细长的细胞包裹。不过，在科学家看来，这块化石并不完全属于真正意义上的多细胞动物，而可能是单细胞生物向复杂多细胞动物过渡的中间环节，这为动物的进化补齐了一个新环节。

　　由于这块化石来自于10亿年前的湖泊沉积物，而非海洋沉积物，因此科学家认为，早期的多细胞动物可能是在湖泊中形成的，而非从海洋中演化而来。

　　今年，还有一篇关于最古老动物化石的文章在《自然》杂志发表。该文披露了一个惊人消息：加拿大地质学家伊丽莎白·特纳在加拿大西北地区的马更些山脉，发现了距今8.9亿年的海绵动物化石。其实早在20年前，这位科学家就已经从叠层石里找到了全世界最古老的动物化石，但直到最近才将研究成果公布于世。她在显微镜下观察这些来自原始阶段的岩石薄片时，看见了令她震惊的图像——在深色的叠层石中，出现了大量彼此交错的白色树枝状纹路。起初，她无法确定这究竟是什么，后来从现代海绵的高清显微镜图像受到启发。

　　海绵动物是地球上结构最简单的多细胞动物，没有肌肉和神经系统。为了生存，它们演化出了很多令人诧异的生理特征，如一种由蛋白质组成的柔软骨骼。海绵动物的细胞会分泌一种特殊的蛋白质——海绵硬蛋白，正是这类蛋白质帮助海绵动物拥有纤维状的柔软骨架，赋予海绵躯体柔韧性。

　　海绵动物在浅海中固着生活一生，死亡后倒向海底，被泥沙埋藏。在海绵动物的骨骼消失后，它们的硬蛋白在埋藏过程中仍有可能被钙质矿物（如方解石）逐渐替代，最终呈现出中空的管状结构。

最古老的成体海绵动物

　　海绵动物没有真正的组织和器官，只有细胞分化，因此在化石中识别海绵动物最理想的情况，就是找到保存了细胞结构和完整水沟系统的标本。中国科学家2015年在贵州6亿年前的地层中发现的“贵州始杯海绵”化石恰好满足了这一要求。

　　贵州始杯海绵十分微小，体积只有2~3立方毫米，但保存了精美的细胞结构和完好的水沟系统，是迄今全球发现的最古老的成体海绵化石。化石整体外观呈缠绕的管状，由3个独立的腔室共用一个实体基座，每个腔室都有一个向上的开口。

　　科学家通过同步辐射技术和扫描电镜观察均发现，贵州始杯海绵已经发生了明显的细胞分化，而且标本表面的扁平细胞和现代海绵表面的扁平细胞无论是细胞形态还是细胞之间的联接方式都十分一致。化石表面不同区域覆盖的细胞具有不同的形态和定向，细胞之间发育了数量众多的小孔，这些小孔直通有开口的腔室，在腔室内壁上还发现了类似现代海绵的领细胞结构。小孔和腔室一起形成了简单的水沟系统，为生物体提供了与外界进行物质交换的通道。这些生物学特征表明它是一种与现代海绵动物非常相似的原始动物，固着在浅水区的海底，通过简单的水沟系统进行滤食生活。

海绵何以成就生命传奇

　　海绵动物作为最原始的多细胞动物，就像蓝藻那样一直演化至今，是动物界历久弥新、持续演化至今的动物代表，更是在生物演化中历经磨难而不倒的传奇动物明星。

　　海绵动物是最早参与前寒武纪末的埃迪卡拉纪晚期后生动物礁建设的成员，在显生宙后生动物礁建设中几度担当主力；在早寒武纪，由古杯动物、海绵动物和微生物礁组成的生态系统曾繁盛一时；从中寒武纪到早奥陶纪，钙质微生物礁和古杯动物、海绵动物组成的生态系统一直占据统治地位。

　　海绵动物在生物界遭受历次大灭绝事件的时期，展示出特别的耐力和抗压性。例如，距今约7亿年前，地球遭遇了生命史上最严峻的气候危机——雪球地球，冰雪几乎覆盖了整个地球表面，即便是赤道地区也未能幸免。在长达近1亿年的严酷气候环境中，海洋中的海绵动物克服了这种极端条件下的生存危机，顽强挺过来，为后生动物的发展保存了“火种”。

　　海绵动物具有的难能可贵的秉性，使它总能在生物大灭绝后，充当复苏大军的先锋队。显生宙以来，生物界多次遭受大灭绝的摧残，如奥陶纪末大灭绝严重摧毁了那时的海洋生态系统，但来自中国浙江安吉生物群的最新研究表明，海绵动物所受影响较小，在残存期的海底继续快速演化，并扮演起“生态系统工程师”的角色。

　　原来，海绵动物具有很强的吸附功能，善于捕食海水中的悬浮有机质，加速了海水有机质的消耗和埋藏，从而减少了海水中氧气的消耗，促使海洋中氧气含量增加。它以底栖固着的生活方式，稳固海底表层沉积物，提供栖息环境，从而为其他滤食生物，如腕足动物、珊瑚、苔藓虫等的快速复苏创造了条件。

　　还如，经历二叠纪末地球历史上最大的一次生物灭绝后，在早三叠世，全世界的生物礁普遍不发育。然而，近来苏黎世大学等古生物学家对美国西南部早三叠纪化石群所做的研究表明，在大灭绝后短短的150万年后，海洋中就出现了大量以海绵动物和龙介动物等后生动物为主的造礁生物，远早于其他生物的复苏。这表明在大灭绝前后，造礁生物经历了崩溃、恢复和繁盛的过程，而非珊瑚类的后生造礁生物在复苏过程中起到了非常显著的提速作用。

　　海绵动物为何具有如此超强的特性，古生物学家研究认为，其奥秘在于，它们对温度变化及氧气水平很不敏感。与此同时，海绵生物能够在水中经常性地自动进行过滤，并从那些死亡的生物体中汲取很多养分。因此，海绵动物能够在经历地球上任何变故和灾难后，仍然不灭。即使世界上大多数生物体都死亡了，像海绵这样的多细胞动物不仅能够幸存下来继续繁衍，还能为生物界的复苏、走出灾难阴影并迎接大辐射做出无可替代的重要贡献。

　　（作者系中国科学院南京地质古生物研究所研究员）

来源：2021年10月06日出版的《环球》杂志 第20期

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