4.36亿年前的海洋生物如何精准调控“社交距离”？科学家有新发现

在人类社会中，保持适当的社交距离是优化公共空间、减少摩擦的准则。但你是否想过，在数亿年前的古老海洋中，一群看似无法移动的生物，竟然也懂得利用自身的“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黄冰研究员与戎嘉余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，首次揭示了这些远古海洋底栖生物如何巧妙利用身体上的微小结构——刚毛，来维持彼此间的“社交距离”，形成井然有序的生存格局；研究也为“远古生物如何通过自身结构调控个体间距”这一古生态学问题提供了直接证据。该研究成果于2025年7月21日在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表。

△腕足动物遮隐核螺贝（Nucleospira calypta）及其由氧化铁保存的刚毛，腹壳内模及局部放大示刚毛（A-D），及其扫描电镜（SEM）与能谱（EDS）分析（E-H）。

腕足动物是古生代海洋中的优势类群，本次研究聚焦的是一种名为遮隐核螺贝（Nucleospira calypta）的无窗贝类腕足动物。该研究中原位埋藏的化石标本完整保留了它们生命最后时刻的真实状态，为科学家打开了一扇观察远古生物群落的珍贵窗口。

△遮隐核螺贝（Nucleospiracalypta）保存于矿化层下的刚毛形态（A-F），及其显微结构（F-H）与Mircro-CT三维重建（I-K）。

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。此次研究标本还罕见地保存了腕足动物外套膜边缘的刚毛结构。研究人员综合运用了扫描电镜、X射线荧光光谱等多种现代分析技术，不仅清晰重构了这些直径约20微米的刚毛的精细形态，还证实了其中一种独特的保存机制：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，因而即便黄铁矿后期转为氧化铁仍能完整保留其微观形态。

△遮隐核螺贝（Nucleospiracalypta）的基于化石标本复原的单个个体及其边缘的刚毛（A），及居群生活状态的生态复原图（B）。

在确证了这些精微结构后，研究人员将目光投向了整个居群的布局。通过分析，他们发现这些腕足动物的分布并非随机杂乱，而是呈现出一种统计学上显著的、类似棋盘的非随机、均匀分布模式。这种“棋盘状”布局暗示着个体之间存在一种机制。

这种精准的间距调节是如何实现的？研究人员通过分析发现，化石居群中个体之间的平均距离与它们保存完好的刚毛长度之间存在着明确的定量关系，这个间距大约是刚毛长度的1.5—2倍。这种在看似固着不动的生物中发生的位置微调并非没有先例，例如现代藤壶在固着后仍能进行极其缓慢的迁移以优化生存空间。因而研究推测，遮隐核螺贝光滑的盘状外壳和无肉茎的特征，使其具备了在外力（如微弱水流）或自身极其微弱的活动下发生毫米级缓慢滑动的可能。当个体间距过近，其伸展的刚毛便会与邻居接触，这种持续的物理接触，经过长时间的累积，最终促使整个居群达到一个互不干扰、空间利用最优化的稳定构型。这对于滤食性生物至关重要，能最大限度地避免彼此的摄食水流相互干扰。

此项研究首次将一种精微的解剖学结构（刚毛）与一个统计学上显著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”这一古生态学核心问题提供了直接的化石证据。它表明，远古居群的形成并不仅仅受制于被动的环境因素或幼虫的随机固着，生物个体间由其形态结构引起的相互作用同样扮演了至关重要的角色。这一发现不仅加深了我们对古生代海洋生态系统复杂性的理解，也凸显了那些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。