中外科學家揭示特異保存海綿化石的埋藏學機制

安吉生物群是發現于浙江安吉奧陶紀末文昌組黑色頁巖夾層中的特異埋藏化石群，其中保存了大量精美的海綿動物軟體組織結構。該生物群為研究華南奧陶紀末生物大滅絕后赫南特期的深水生態系統以及海綿動物演化提供了重要窗口。但目前，對于安吉生物群海綿動物化石軟體組織的特異保存機制尚不清楚。

近期，中國科學院南京地質古生物研究所博士研究生武學進、張元動研究員、馬俊業副研究員與英國威爾士國立博物館Joseph Botting博士、Lucy Muir博士合作，基于海綿動物化石利用場發射掃描電鏡、能譜分析、巖芯掃描儀以及地球化學手段，對安吉生物群中特異保存的海綿動物化石開展了系統的埋藏學研究。相關研究成果發表于國際學術期刊《地質學會會刊》（Journal of the Geological Society）上。

研究結果顯示，海綿動物軟體組織化石的保存經歷了一系列復雜的化學過程，包括6個階段：死亡埋藏—降解啟始—硫酸鹽細菌還原—黃鐵礦化—硅化—去黃鐵礦化。霧狀層（nepheloid layers）是陸源物質進入海底的輸送通道，同時又是海洋水體中沉降顆粒及底部再懸浮顆粒物的停留場所。霧狀層長期停留在近海底域，為海綿動物的生存提供充足的食物來源以及氧氣。當發生風暴、旋渦等動蕩事件時，霧狀層中大量的沉降顆粒將海綿動物迅速原位掩埋。生物降解形成局域還原環境；硫酸鹽還原菌的參與下，海綿動物軟體組織逐漸發生黃鐵礦化。動蕩事件平息后，霧狀層攜帶的氧氣下滲到埋藏層位，阻止了黃鐵礦化進程，同時在軟體組織化石表面促進了硅質的沉淀。之后由于氧氣持續供應，使得不穩定的草莓狀黃鐵礦逐漸溶解，在硅質沉淀上留下蜂窩狀（honeycomb-like structure）的印痕。軟體組織表面的硅質沉淀有效地保護了軟體組織免于氧化分解以及后期壓實作用的破壞，從而使得精美的軟體組織保存下來。同時，通過高分辨率的U/Th的數據，也佐證了海綿動物生活的海底氧化還原界面是不斷上下振蕩的。

與寒武紀荷塘組黃鐵礦化海綿骨針化石中沒有軟體組織保存的情況不同，安吉生物群海綿動物化石的特異保存經歷了更加復雜的化學過程，包括硅化階段以及去黃鐵礦化階段。該項研究為黑色頁巖中軟體組織特異保存的形成機制提供了新的路徑。

本研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項（B類）、中國科學院PIFI項目以及國家自然科學基金委員會項目的聯合資助。

論文信息：Wu, X.J., Botting, J.P.*, Zhang, Y.D.*, Muir, L.A., Ma, J.Y., 2022. Taphonomy of exceptional sponge preservation in the Hirnantian Anji Biota, China. Journal of the Geological Society, 179 (5). https://doi.org/10.1144/jgs2021-112.

圖1. 海綿動物軟體組織以及骨針表面的“蜂窩狀結構”（草莓狀黃鐵礦印痕）

圖2. 海綿動物軟體組織以及骨針表面的黃鐵礦溶解后的殘留部分

圖3. 安吉生物群海綿動物化石特異埋藏模式圖