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近日，西北大學師生與多個國際研究機構專家合作

在漢中寧強發現中奧陶世黑珊瑚化石

揭示黑珊瑚的深時起源與演化之謎

4月17日的《中國科學報》三版頭條刊發長篇報道

在4.67億年前的海底，一群長著六只觸手的珊瑚蟲正忙著“蓋房子”，它們通過分泌的幾丁質軸骨連接，形成了茂密的黑色網格狀珊瑚。而今天的黑珊瑚卻形似“柳條”，枝條纖細而柔韌。

幾億年間，為什么會有這樣的變化？黑珊瑚是如何演變發展的？對此，西北大學地質學系早期生命研究團隊聯合中國科學院深海科學與工程研究所及多個國際研究團隊回答了這一演化之謎。

“我們的研究不僅確立了兩種新型黑珊瑚化石，填補了黑珊瑚演化史上的關鍵空白，還揭示其骨骼結構經歷了一場‘化繁為簡’的適應性演變。”論文通訊作者、西北大學地質學系研究員韓健說。

近日，相關研究成果在線發表于《通訊生物學》。（點擊可查看原文）

奧陶紀縱棘硬黑珊瑚化石及其譜系演化

深海“帶刺玫瑰”之謎

現代黑珊瑚共有8科301種，75%生活在深海。不同于常見的珊瑚，黑珊瑚是一種分枝狀的群體型六射珊瑚，即組成它的珊瑚蟲通常擁有六只觸手。

黑珊瑚非常漂亮，每個珊瑚個體枝干錯綜復雜，如同帶刺的深海“黑玫瑰”。而這些“刺”位于“軸骨”，這是珊瑚蟲分泌的一種用于連接的黑色幾丁質中軸骨骼，上面布滿了許多縱向排列的骨刺。

黑珊瑚軸骨具有極強的抗腐蝕能力，理應更易保存為化石。然而，人們在地質記錄中發現的黑珊瑚化石卻極其稀少，因此它的演化歷程長期成謎。

早在2011年，中國及波蘭科學家便聯手在距今約4.7億年的湖北奧陶紀地層中發現了當時全球唯一的黑珊瑚化石。該化石包括“匍根中華黑珊瑚”和“輻根硬黑珊瑚”兩屬兩種。

然而，由于二者表面特征與現代黑珊瑚差異顯著，因此學界對其分類還存在質疑。

“化解爭議的關鍵，在于能否找到這兩種化石與現代種的過渡類型。”韓健告訴《中國科學報》，其團隊近期在距今約4.67億年的陜南寧強中奧陶世地層中發現了256枚短棒狀微體黑珊瑚化石，它們正好位于早奧陶世黑珊瑚化石與現代黑珊瑚之間的過渡環節。

參與該研究的波蘭合作者Andrzej Baliński回憶說，2011年的那次發現是意外驚喜，畢竟當時黑珊瑚在化石記錄中是一片空白。“從那時起，我們一直在思考這些珊瑚在漫長歲月中經歷了怎樣的演化歷程，如今在陜西發現的新化石，終于解開了我們10多年前的困惑。”

“化繁為簡”是生存之道

通過高分辨率顯微CT技術，研究人員完整重建了256枚黑珊瑚化石的三維內部結構，確認它們分屬于兩種新型黑珊瑚化石——縱脊硬黑珊瑚和硬黑珊瑚未定種。

論文第一作者、西北大學地質學系博士生郝文靜介紹，縱脊硬黑珊瑚的軸骨表面飾有多邊形網狀結構，脊呈多方向展布，但整體上具有平行縱軸呈縱向延伸的趨勢；而硬黑珊瑚未定種絕大多數脊的方向平行于長軸方向，但仍有部分斜交。

“這兩種新發現的黑珊瑚類型與湖北早奧陶世發現的輻根硬黑珊瑚均具有網紋結構，因此可被歸入一個新科——硬黑珊瑚科。”郝文靜說。

從4.7億年前的輻根硬黑珊瑚，到4.67億年前的縱脊硬黑珊瑚和硬黑珊瑚未定種，再到如今的黑珊瑚，這是一條怎樣的演化之路？

團隊在掌握已有化石證據的基礎上，通過國際合作，取得了美國史密森尼國家自然歷史博物館、德國巴伐利亞州立動物學博物館此前共享的黑珊瑚模式標本信息，并開展進一步的對比研究。

研究結果顯示，從早奧陶世至現代，這類生物骨骼結構發生了“化繁為簡”的變化——一開始呈現密密麻麻的“網格狀”，再到網格開始縱向“拉伸”，最后變成如今幾乎只剩規則縱向排列的“樹枝狀”。

對此，郝文靜解釋說，越古老的地層，黑珊瑚與骨刺相連的橫脊數量越少，伴隨脊的高度降低、骨刺與脊的延伸方向逐步趨于縱向排列，最終使得復雜網格結構消失。

“網格結構可能有利于珊瑚蟲的生長、營養共享以及抵抗水流和捕食者，但當時海洋環境中的激烈生態競爭促使黑珊瑚向上生長。”韓健表示，揭示這種簡化趨勢也為刺胞動物演化及深海生物適應性機制研究提供了證據。

繼續尋找趨同演化機制

在研究中，韓健還提出了一個創新性的觀點，認為硬黑珊瑚的多邊形網狀結構或許與現代六射珊瑚硬珊瑚中的珊瑚杯類似，后者是一種單個珊瑚蟲底部和側部分泌的鈣質底座。

“珊瑚杯的融合過程與奧陶紀黑珊瑚網格的簡化模式高度相似，也許暗示兩類珊瑚遵循著趨同演化機制。”他說，這會是他們持續關注的方向。

現有研究表明，海洋中的直立分枝狀群體刺胞動物，如水螅和八射珊瑚等，均起源于匍匐狀或毯狀的群體，而匍匐狀群體則由獨立生活的單體通過無性繁殖演化而來。

基于這一演化模式和六射珊瑚的譜系，研究人員推測，黑珊瑚可能經歷了從單體到群體、從毯狀群體到直立群體的不同演化階段，但具體過程仍需更多化石證據支持。

“黑珊瑚大部分棲息在深海中，人們對它所知甚少，針對黑珊瑚化石的系統性研究近幾年才逐步展開。”論文共同通訊作者、中國科學院深海科學與工程研究所副研究員宋希坤告訴《中國科學報》，未來，他們將繼續尋找最早的黑珊瑚化石、在深淵海底尋找最深的現生黑珊瑚極限分布，以解開黑珊瑚研究領域更具挑戰性的新謎題。