4.36亿年前海洋生物用刚毛实现“社交距离”精准调控

在人类社会中，保持适当社交距离能有效控制疫情传播，优化公共空间并减少摩擦。在数亿年前的古老海洋中，一群看似无法移动的海洋生物也懂得利用自身“装备”来主动维持个体间的距离。近日，中国科学院南京地质古生物研究所戎嘉余院士和黄冰研究员针对在中国贵州桐梓、仁怀地区发现的约4.36亿年前的志留纪早期腕足动物化石居群展开了深入研究。该研究首次揭示了这些远古海洋底栖生物利用身体上的微小结构——刚毛，来维持彼此间的“社交距离”，并形成井然有序的生存格局。

研究聚焦名为Nucleospira calypta的无窗贝类腕足动物。刚毛是其外套膜边缘生长的细长、柔韧的毛状结构，在化石中极难保存，尤其是在寒武纪之后的漫长地质历史中更是凤毛麟角。得益于该研究中原位埋藏的化石标本罕见地保存了腕足动物外套膜边缘的刚毛结构，且完整保留了它们生命最后时刻的真实状态，为学界打开了观察远古生物群落的珍贵窗口。研究人员综合运用扫描电镜、X射线荧光光谱及显微CT等多种现代分析技术，清晰重构了这些直径约20微米的刚毛精细形态，并证实了其中一种独特的刚毛保存机制，即刚毛先是在缺氧环境下迅速黄铁矿化，继而在弱酸性条件中被钙质外壳包覆，阻止压实与氧化。因此，即便黄铁矿后期转为氧化铁，仍能完整保留其微观形态。

同时，研究人员通过最近邻分析和泰森多边形等空间点格局分析方法发现，这些腕足动物的分布并非随机杂乱，而是呈现出统计学上类似棋盘的非随机、均匀分布模式，这种“棋盘状”布局暗示个体之间存在间距调节机制。进一步，研究人员通过分析发现，化石居群中个体间的平均距离与它们保存完好的刚毛长度之间存在明确的定量关系，即这个间距约是刚毛长度的1.5倍至2倍。此前，这种看似固着不动的生物发生位置微调存在先例，如现代藤壶在固着后仍能进行极缓慢的迁移，以优化生存空间。因此，研究推测，Nucleospira calypta因光滑的盘状外壳和无肉茎特征，使其具备了在如微弱水流等外力或自身极微弱活动下发生毫米级缓慢滑动的可能。当个体间距过近，其伸展的刚毛会与邻居接触，这种持续的物理接触经过长时间累积，最终促使整个居群达到互不干扰、空间利用最优化的稳定构型，这能最大限度地避免滤食性生物彼此间摄食水流相互干扰。

该研究首次将精微的解剖学结构（刚毛）与统计学上的居群空间格局直接联系起来，为“生物间的相互作用如何塑造居群结构”这一古生态学问题提供了直接证据。同时，该研究证实，远古居群的形成受制于被动的环境因素或幼虫的随机固着，以及生物个体间由其形态结构引起的相互作用。这一发现加深了学界对古生代海洋生态系统复杂性的理解，凸显了看似微不足道的特征在生命演化长河中可能产生的重要生态影响。

相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会的支持。

论文链接

基于化石标本复原的Nucleospira calypta单个个体与其边缘的刚毛(A)，以及居群生活状态生态复原图(B)

Nucleospira calypta由氧化铁保存的刚毛、腹壳内模、局部放大示刚毛（A-D），及其扫描电镜与能谱分析（E-H）

Nucleospira calypta保存于矿化层下的刚毛形态（A-F），及其显微结构（F-H）与显微CT三维重建（I-K）

Nucleospira calypta原位埋藏化石居群与其X射线荧光光谱分析元素分布（A-D），其空间分布的泰森多边形分析（E），以及另一小型集群实例（F）