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2016 年，一支由全球各地的研究人員組成的團隊跋山涉水來到位于非洲西南海岸的納米比亞進行野外考察。考察地周圍是一望無際的沙漠和干燥的空氣。盡管這里棲居著斑馬、野馬、獵豹和獅子等各種野生動物，但是研究人員此行的目的是尋找其他更古老的生命體：埃迪卡拉（Ediacaran）化石。

尋找埃迪卡拉生物群

來自埃迪卡拉紀（Ediacaran Period）的化石——“埃迪卡拉生物群”，是世界上已知最早的大型多細胞生命體。在埃迪卡拉紀（6.35 億到 5.41 億年前），也就是寒武紀大爆發(fā)之前，這些生物大多數(shù)固著在海底生活。埃迪卡拉生物群包括 Parvancorina、Charnia、Kimberella 和 Dickinsonia 等。

左圖：Parvancorina 化石。圖像通過 Wikimedia Commons 共享，獲 CC0 1.0 授權。右圖：Dickinsonia 化石。圖片通過 Wikimedia Commons 共享，獲 GNU Free Documentation License 許可發(fā)布。

通過研究這些古老生物的化石，并將它們與近代動物化石進行比較，古生物學家可以了解它們生前的行為、運動和進食方式。基于這些研究，古生物學家們可以確定這些生物在真核生物生命樹上所處的確切位置。

在納米比亞的實地考察

2016 年，在納米比亞南部，來自加拿大、納米比亞、美國和英國的一個跨國研究團隊發(fā)現(xiàn)了 Ernietta 種群——一種來自埃迪卡拉紀晚期、原地保存在海底化石上的神秘生物。2019 年他們在《Science Advances》上發(fā)表了一篇論文，分享了關于這些化石的研究。

在回顧這一發(fā)現(xiàn)時，該研究的主要作者 Brandt Gibson 說：“在納米比亞，我們通常發(fā)現(xiàn)的化石都是被遷移過的，就是被洋流沖走并沉積在其他地方，因此我們無法了解它們原本的生活狀態(tài)。但是，這次我們非常確信它們是被保存在原本生活的位置，而且我們發(fā)現(xiàn)的是一個原始的、未受干擾的種群。”

保存完好的 Ernietta 化石的圖像。圖片來源：Marc Laflamme，多倫多大學。

根據(jù)發(fā)現(xiàn)化石的位置，研究人員得出結論：這些固著生物生活在海底，身體有一半埋在沉積物中。“Ernietta 身體柔軟，沒有真正堅硬的部分。在它們生活的地方發(fā)現(xiàn)軟體化石，這種情況極為罕見。” Gibson 說道。

此外，這些化石是成群被發(fā)現(xiàn)的，這表明它們可能過著一種有目的，有組織的群體生活。

Ernietta 種群的插圖。圖片由 Vanderbilt 大學提供。

在他們的研究中，該團隊使用 COMSOL Multiphysics? 軟件的計算流體力學（CFD）產品模擬分析了這些早期生命體的進食行為。大多數(shù)生活在海洋中的現(xiàn)代動物已經進化出了復雜的身體形態(tài)，這些形態(tài)能夠與流動的流體相互作用，從而幫助它們進食；CFD 仿真提供了一種研究和解釋在當今幾乎沒有類似物的古代化石的方法。“仿真確實很有幫助，它使我們能夠進行假設測試，以及觀察我們無法用其他方式研究的形態(tài)。” Gibson 說道。

濾食作用與仿真

研究表明，大部分 Ediacara 生物群不是通過滲透作用就是通過濾食作用來攝取營養(yǎng)的。一些生物通過滲透壓被動地消耗有機物質，而濾食性動物則是利用水流、它們的身體結構和周圍的群落來獲取營養(yǎng)的。（例如，貽貝、牡蠣和水母就是典型的濾食性動物。）

根據(jù)對 Ernietta 化石的研究，研究人員推測這些生物主要是通過濾食作用進食的，因為濾食性動物通常生活在群落中。“在現(xiàn)代海洋中，濾食進食是一種廣泛存在的、極其重要的動物行為。如果我們能夠確定 Ernietta 是濾食性動物，就更加有理由相信許多其他 Ediacara 生物群也能夠通過濾食作用進食，并且這些生物的存在表明，這些復雜的捕食行為的進化比我們想象的要早得多。” Gibson 介紹說。

首先，研究人員使用 CFD 仿真分析了一個 Ernietta 生物體模型周圍的流體流動。在這個過程中，他們觀察到 “無論埋藏深度、流速和相對于流動的方向如何，生物體的中心腔內都存在持續(xù)而強烈的再循環(huán)，如果 Ernietta 是一個濾食性動物的話，這是預料之中的。”  基于這些結果，研究人員得出結論：Ernietta 是在其中心腔內獲取大部分營養(yǎng)的。

接下來，他們模擬了生活在上游和下游的 Ernietta 聚集群落和有一定間隔的群落，并研究了這些群落如何受到變化水流的影響。從模擬結果中，研究人員推斷，這些聚集群落通過協(xié)同工作操控水流，以確保群落中的所有生物都能獲得足夠的營養(yǎng)物質，并將廢棄物排出群體。Gibson 說：“能夠實際重建這些生物體在 5.5 億年前是如何相互影響的，對我們來說是一項令人驚嘆的成就。”

CFD 仿真結果：單個 Ernietta 模型（頂部）、間隔良好的 Ernietta 群落模型（中）、聚集的  Ernietta 群落模型（底部）的水平（左）和垂直（右）橫截面。注意：所有模型都與水流平行，埋藏深度適中。此外，所有模擬的入口速度均設置為 0.2m/s。版權所有 ? BM Gibson 等，來自他們的論文 “Gregarious suspension feeding in a modular Ediacaran organism”。

總的來說，這項研究表明 Ernietta 是生活在緊密群體中的濾食性動物。“我們對埃迪卡拉紀時期存活下來的各個生物群體掌握的信息越多，對整個埃迪卡拉生物群的了解就越深入。” Gibson 說道。

結束語

Gibson 指出，研究 Ernietta 等古代生物本質上是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。因此，他認為在分析此類生物時，必須與由不同專業(yè)領域的專家組成的研究團隊合作。“在這項研究中，我與工程師、理論流體力學專家，以及擁有多年仿真經驗和湍流模型設計能力的專家緊密合作，這使我們的研究團隊更具優(yōu)勢。” 他說道。