4.36亿年前的远古生物 用刚毛保持“社交距离”

在人类社会生活中，恰当地把握社交距离不仅有助于维持公共卫生安全，是人类应对病毒传播的重要手段之一，更能提升公共空间的使用效率，避免不必要的社交冲突。

然而，“社交距离”并非人类的专利，而是许多生物与生俱来的生存智慧。

你可能想不到，早在 4.36 亿年前的古老海洋中，一群看似无法移动的海底生物就已经掌握了保持“社交距离”的奥秘。

它们不是为了预防病毒传播，而是为了在拥挤的海底获得最佳的生存空间。

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发现于贵州的约 4.36 亿年前的化石群落展开研究，发现这些远古海洋底栖生物通过体表特殊的刚毛结构，巧妙地维持个体间的“社交距离”，揭开了这个延续了亿万年的生存密码。

海底的“刺猬”：腕足动物的神秘装备

故事的主角是一种名为 Nucleospira calypta 的腕足动物。腕足动物门（学名：Brachiopoda）属于底栖、有一对硬壳的海生触手冠动物。如果你对腕足动物感到陌生，不妨把它想象成一种长着贝壳的海底“刺猬”。

它们的壳看起来像扇贝，但与真正的贝类（软体动物）并无亲缘关系。与双壳类软体动物不同的是，腕足动物的壳是上、下开合，而不是左、右开合。这些生物在 4 亿多年前的海洋中极其繁盛，是当时海底生态系统的主要成员。

海豆芽是腕足动物中最具代表性的现生种之一（图片来源：维基百科）

最引人注目的是，这些腕足动物的身上长满了细长的“毛”——科学家称之为“刚毛”。这些刚毛从它们的外套膜边缘伸出，就像一圈柔软的触须，环绕在贝壳周围。每根刚毛的直径只有约 20 微米，比人类的头发丝还要细上几倍。

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)（图片来源：参考文献[1]）

在通常情况下，这种软体结构几乎不可能在化石记录中保存。毕竟，柔软的毛发在生物死后很快就会腐烂消失。

但贵州的这批化石却创造了奇迹——它们不仅完整地保存了腕足动物的硬壳，更罕见地保留了这些纤细的刚毛结构，而且还定格了它们生命最后时刻的真实状态。

刚毛如何留存 4 亿年？黄铁矿成“时光胶囊”

要理解这些刚毛是如何保存下来的，我们需要回到 4.36 亿年前的海底。当时，这些腕足动物生活在相对平静的浅海环境中。某一天，可能是由于突发的地质事件，大量泥沙迅速掩埋了这个生机勃勃的海底社区。

被掩埋后，海底很快进入了缺氧状态。在这种特殊的化学环境中，一个神奇的过程开始了：刚毛中的有机质与海水中的硫化物和铁离子发生反应，形成了黄铁矿（一种铁的硫化物矿物）。这个过程就像是给刚毛穿上了一层矿物“盔甲”，将它们的形态完美地固定下来。

更巧妙的是，在随后的地质历史中，这些黄铁矿化的刚毛又被一层钙质外壳包裹起来。这层保护壳就像双重保险，即使黄铁矿在后期被氧化成氧化铁（铁锈），刚毛的精细形态仍然得以完整保存。

研究团队使用了一系列高科技手段来研究这些微小的结构。扫描电镜让科学家能够看清每一根刚毛的细节；X 射线荧光光谱分析揭示了刚毛的化学成分；显微 CT 则像给化石做了一次“全身扫描”，重建出刚毛的三维结构。这些技术的综合运用，让我们能够穿越时空，看到 4 亿多年前这些生物的真实面貌。

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）（图片来源：参考文献[1]）

海底棋盘：神奇的空间分布格局

当研究人员将视角从单个化石扩展到整个化石群落时，一个令人惊讶的发现出现了：这些腕足动物在海底的分布并不是杂乱无章的，而是呈现出一种高度有序的格局——就像棋盘上的棋子一样，彼此之间保持着相对均匀的距离。

为了验证这个观察，研究团队使用了两种空间分析方法。第一种是最近邻分析，通过计算每个个体与其最近邻居的距离，来判断分布是否随机。结果显示，这些腕足动物的分布明显偏离了随机模式。

第二种方法更加直观——泰森多边形分析。想象一下，如果以每个腕足动物为中心，画出它的“势力范围”，就像蜂巢中的六边形格子。分析结果显示，这些格子的大小异常均匀，远超随机分布所能产生的规整程度。

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）（图片来源：参考文献[1]）

更令人惊奇的是，当研究人员测量个体之间的平均距离时，发现了一个精确的数学关系：这个距离大约是刚毛长度的 1.5 到 2 倍。换句话说，当两个腕足动物的刚毛尖端刚好能够接触时，它们就会停止靠近，维持在这个“舒适距离”上。

固着生物优化分布格局：毫米级的缓慢“舞蹈”

这里出现了一个看似矛盾的问题：腕足动物是固着生物，它们用肉茎固定在海底，理论上无法移动。那么，这种规则的分布格局是如何形成的呢？

研究团队提出了一个巧妙的解释。首先，Nucleospira calypta 这个物种比较特殊——它们没有肉茎，而是靠光滑的盘状外壳直接贴在海底。这种结构使它们具备了在海底缓慢滑动的可能性。

想象这样一个场景：幼虫在海底随机固着后，开始生长。随着个体逐渐长大，它们伸展的刚毛开始与邻居接触。

这种持续的物理接触会产生微弱的推力。虽然每次移动可能只有毫米级别，但经过漫长的时间累积——可能是数月甚至数年，整个群落最终会达到一个稳定的配置，每个个体都拥有足够的空间，彼此的刚毛刚好不会相互干扰。

这个过程就像一场极其缓慢的“舞蹈”。每个“舞者”都在微调自己的位置，最终形成一个和谐的整体。

现代生物学中也有类似的例子——藤壶虽然看起来永久固定在岩石上，但实际上它们在固着后仍能进行极其缓慢的移动，以优化自己的生存空间。

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）（图片来源：参考文献[1]）

为什么要保持距离？滤食性生物的进食策略

那么，为什么这些腕足动物要费尽心思保持彼此间的距离呢？答案藏在它们的生活方式中。

腕足动物是滤食性生物，它们通过过滤海水中的微小颗粒和浮游生物获取营养。每个个体都会在自己周围产生一个进水流和出水流，就像一个微型的水泵。如果个体之间距离太近，彼此的水流就会相互干扰——你的出水可能成为我的进水，导致食物被重复过滤，营养摄入效率大大降低。

保持适当的距离，就能确保每个个体都有自己独立的“餐厅”，互不干扰地进食。这种空间上的优化配置，最大限度地提高了整个群落的摄食效率。在资源有限的海底环境中，这种看似微小的优势可能就是生存和灭绝的分界线。

刚毛在这个过程中扮演了关键角色。它们不仅是感知邻居存在的“触角”，还可能具有其他功能：防御捕食者、辅助摄食、甚至可能在繁殖过程中起作用。这些纤细的结构，成为了调节群落空间格局的重要工具。

从微观到宏观：小结构的大影响

这项研究的意义远不止于揭示一个有趣的古生物学现象。它第一次用直接的化石证据证明生物个体间的相互作用可以塑造整个群落的空间结构。过去，科学家们往往认为化石群落的分布主要受环境因素控制——水流方向、食物分布、底质类型等。但这项研究表明，生物自身的形态特征和行为同样可以成为决定性因素。

更重要的是，这个发现提醒我们：在生命演化的长河中，看似微不足道的特征可能产生深远的生态影响。一根细如发丝的刚毛，竟然能够影响整个群落的空间分布模式，进而影响群落的生产力和稳定性。这种“杠杆效应”在古生态系统中可能普遍存在，只是受限于化石保存的精细度，此前一直未能被我们发现。

跨越时空的生存智慧

4.36 亿年前的海底“社交距离”，让我们看到了生命的精妙设计。这些远古的腕足动物，用最简单的方式——一圈柔软的刚毛，解决了复杂的空间优化问题。它们的解决方案如此有效，以至于在数亿年后的今天，我们仍能从化石中读出无数信息。

当我们在日常生活中学会保持社交距离时，不妨想想这些 4 亿年前的“远古先驱”。它们用自己的方式告诉我们：适当的距离，不是疏远，而是为了更好地共存。这个简单的道理，无论是在远古的海底，还是在现代的城市，都同样适用。生命的智慧，就这样跨越亿万年的时光，在化石中永恒地保存，最终被我们发现。

这也启发我们思考：在漫长的演化历程中，还有多少这样的“小智慧”等待我们去发现？每一块化石都可能隐藏着远古生命的秘密，每一个微小的结构都可能诉说着一个宏大的故事，它们都在静静地等待着我们去发现、去解读、去讲述。

参考文献

[1]Huang, Bing, and Jiayu Rong. “Ancient seabed checkerboard: How setae shaped spatial distributions of Silurian brachiopods.” Proceedings of the National Academy of Sciences ,122.30 (2025): e2509354122.

策划制作

出品丨科普中国

作者丨郭菲 烟台大学

监制丨中国科普博览

责编丨张一诺

审校丨徐来、张林林

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