在人類社會生活中，恰當?shù)匕盐丈缃痪嚯x不僅有助于維持公共衛(wèi)生安全，是人類應對病毒傳播的重要手段之一，更能提升公共空間的使用效率，避免不必要的社交沖突。

然而，“社交距離”并非人類的專利，而是許多生物與生俱來的生存智慧。你可能想不到，早在 4.36 億年前的古老海洋中，一群看似無法移動的海底生物就已經(jīng)掌握了保持“社交距離”的奧秘。它們不是為了預防病毒傳播，而是為了在擁擠的海底獲得最佳的生存空間。

近日，中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所戎嘉余院士和黃冰研究員針對發(fā)現(xiàn)于貴州的約 4.36 億年前的化石群落展開研究，發(fā)現(xiàn)這些遠古海洋底棲生物通過體表特殊的剛毛結構，巧妙地維持個體間的“社交距離”，揭開了這個延續(xù)了億萬年的生存密碼。

海底的“刺猬”：腕足動物的神秘裝備

故事的主角是一種名為Nucleospira calypta的腕足動物。腕足動物門（學名：Brachiopoda）屬于底棲、有一對硬殼的海生觸手冠動物。如果你對腕足動物感到陌生，不妨把它想象成一種長著貝殼的海底“刺猬”。它們的殼看起來像扇貝，但與真正的貝類（軟體動物）并無親緣關系。與雙殼類軟體動物不同的是，腕足動物的殼是上、下開合，而不是左、右開合。這些生物在 4 億多年前的海洋中極其繁盛，是當時海底生態(tài)系統(tǒng)的主要成員。

海豆芽是腕足動物中最具代表性的現(xiàn)生種之一（圖片來源：維基百科）

最引人注目的是，這些腕足動物的身上長滿了細長的“毛”——科學家稱之為“剛毛”。這些剛毛從它們的外套膜邊緣伸出，就像一圈柔軟的觸須，環(huán)繞在貝殼周圍。每根剛毛的直徑只有約 20 微米，比人類的頭發(fā)絲還要細上幾倍。

基于化石標本復原的Nucleospira?calypta單個個體與其邊緣的剛毛(A)，以及居群生活狀態(tài)生態(tài)復原圖(B)（圖片來源：參考文獻[1]）

在通常情況下，這種軟體結構幾乎不可能在化石記錄中保存。畢竟，柔軟的毛發(fā)在生物死后很快就會腐爛消失。但貴州的這批化石卻創(chuàng)造了奇跡——它們不僅完整地保存了腕足動物的硬殼，更罕見地保留了這些纖細的剛毛結構，而且還定格了它們生命最后時刻的真實狀態(tài)。

剛毛如何留存 4 億年？

黃鐵礦成“時光膠囊”

要理解這些剛毛是如何保存下來的，我們需要回到 4.36 億年前的海底。當時，這些腕足動物生活在相對平靜的淺海環(huán)境中。某一天，可能是由于突發(fā)的地質(zhì)事件，大量泥沙迅速掩埋了這個生機勃勃的海底社區(qū)。

被掩埋后，海底很快進入了缺氧狀態(tài)。在這種特殊的化學環(huán)境中，一個神奇的過程開始了：剛毛中的有機質(zhì)與海水中的硫化物和鐵離子發(fā)生反應，形成了黃鐵礦（一種鐵的硫化物礦物）。這個過程就像是給剛毛穿上了一層礦物“盔甲”，將它們的形態(tài)完美地固定下來。

更巧妙的是，在隨后的地質(zhì)歷史中，這些黃鐵礦化的剛毛又被一層鈣質(zhì)外殼包裹起來。這層保護殼就像雙重保險，即使黃鐵礦在后期被氧化成氧化鐵（鐵銹），剛毛的精細形態(tài)仍然得以完整保存。

研究團隊使用了一系列高科技手段來研究這些微小的結構。掃描電鏡讓科學家能夠看清每一根剛毛的細節(jié)；X 射線熒光光譜分析揭示了剛毛的化學成分；顯微 CT 則像給化石做了一次“全身掃描”，重建出剛毛的三維結構。這些技術的綜合運用，讓我們能夠穿越時空，看到 4 億多年前這些生物的真實面貌。

Nucleospira calypta由氧化鐵保存的剛毛、腹殼內(nèi)模、局部放大示剛毛（A-D），及其掃描電鏡與能譜分析（E-H）（圖片來源：參考文獻[1]）

海底棋盤：神奇的空間分布格局

當研究人員將視角從單個化石擴展到整個化石群落時，一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了：這些腕足動物在海底的分布并不是雜亂無章的，而是呈現(xiàn)出一種高度有序的格局——就像棋盤上的棋子一樣，彼此之間保持著相對均勻的距離。

為了驗證這個觀察，研究團隊使用了兩種空間分析方法。第一種是最近鄰分析，通過計算每個個體與其最近鄰居的距離，來判斷分布是否隨機。結果顯示，這些腕足動物的分布明顯偏離了隨機模式。

第二種方法更加直觀——泰森多邊形分析。想象一下，如果以每個腕足動物為中心，畫出它的“勢力范圍”，就像蜂巢中的六邊形格子。分析結果顯示，這些格子的大小異常均勻，遠超隨機分布所能產(chǎn)生的規(guī)整程度。

Nucleospira calypta原位埋藏化石居群與其X射線熒光光譜分析元素分布（A-D），其空間分布的泰森多邊形分析（E），以及另一小型集群實例（F）（圖片來源：參考文獻[1]）

更令人驚奇的是，當研究人員測量個體之間的平均距離時，發(fā)現(xiàn)了一個精確的數(shù)學關系：這個距離大約是剛毛長度的 1.5 到 2 倍。換句話說，當兩個腕足動物的剛毛尖端剛好能夠接觸時，它們就會停止靠近，維持在這個“舒適距離”上。

固著生物優(yōu)化分布格局：

毫米級的緩慢“舞蹈”

這里出現(xiàn)了一個看似矛盾的問題：腕足動物是固著生物，它們用肉莖固定在海底，理論上無法移動。那么，這種規(guī)則的分布格局是如何形成的呢？

研究團隊提出了一個巧妙的解釋。首先，Nucleospira calypta這個物種比較特殊——它們沒有肉莖，而是靠光滑的盤狀外殼直接貼在海底。這種結構使它們具備了在海底緩慢滑動的可能性。

想象這樣一個場景：幼蟲在海底隨機固著后，開始生長。隨著個體逐漸長大，它們伸展的剛毛開始與鄰居接觸。這種持續(xù)的物理接觸會產(chǎn)生微弱的推力。雖然每次移動可能只有毫米級別，但經(jīng)過漫長的時間累積——可能是數(shù)月甚至數(shù)年，整個群落最終會達到一個穩(wěn)定的配置，每個個體都擁有足夠的空間，彼此的剛毛剛好不會相互干擾。

這個過程就像一場極其緩慢的“舞蹈”。每個“舞者”都在微調(diào)自己的位置，最終形成一個和諧的整體?，F(xiàn)代生物學中也有類似的例子——藤壺雖然看起來永久固定在巖石上，但實際上它們在固著后仍能進行極其緩慢的移動，以優(yōu)化自己的生存空間。

Nucleospira calypta保存于礦化層下的剛毛形態(tài)（A-F），及其顯微結構（F-H）與顯微CT三維重建（I-K）（圖片來源：參考文獻[1]）

為什么要保持距離？

濾食性生物的進食策略

那么，為什么這些腕足動物要費盡心思保持彼此間的距離呢？答案藏在它們的生活方式中。

腕足動物是濾食性生物，它們通過過濾海水中的微小顆粒和浮游生物獲取營養(yǎng)。每個個體都會在自己周圍產(chǎn)生一個進水流和出水流，就像一個微型的水泵。如果個體之間距離太近，彼此的水流就會相互干擾——你的出水可能成為我的進水，導致食物被重復過濾，營養(yǎng)攝入效率大大降低。

保持適當?shù)木嚯x，就能確保每個個體都有自己獨立的“餐廳”，互不干擾地進食。這種空間上的優(yōu)化配置，最大限度地提高了整個群落的攝食效率。在資源有限的海底環(huán)境中，這種看似微小的優(yōu)勢可能就是生存和滅絕的分界線。

剛毛在這個過程中扮演了關鍵角色。它們不僅是感知鄰居存在的“觸角”，還可能具有其他功能：防御捕食者、輔助攝食、甚至可能在繁殖過程中起作用。這些纖細的結構，成為了調(diào)節(jié)群落空間格局的重要工具。

從微觀到宏觀：小結構的大影響

這項研究的意義遠不止于揭示一個有趣的古生物學現(xiàn)象。它第一次用直接的化石證據(jù)證明生物個體間的相互作用可以塑造整個群落的空間結構。過去，科學家們往往認為化石群落的分布主要受環(huán)境因素控制——水流方向、食物分布、底質(zhì)類型等。但這項研究表明，生物自身的形態(tài)特征和行為同樣可以成為決定性因素。

更重要的是，這個發(fā)現(xiàn)提醒我們：在生命演化的長河中，看似微不足道的特征可能產(chǎn)生深遠的生態(tài)影響。一根細如發(fā)絲的剛毛，竟然能夠影響整個群落的空間分布模式，進而影響群落的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性。這種“杠桿效應”在古生態(tài)系統(tǒng)中可能普遍存在，只是受限于化石保存的精細度，此前一直未能被我們發(fā)現(xiàn)。

跨越時空的生存智慧

4.36 億年前的海底“社交距離”，讓我們看到了生命的精妙設計。這些遠古的腕足動物，用最簡單的方式——一圈柔軟的剛毛，解決了復雜的空間優(yōu)化問題。它們的解決方案如此有效，以至于在數(shù)億年后的今天，我們?nèi)阅軓幕凶x出無數(shù)信息。

當我們在日常生活中學會保持社交距離時，不妨想想這些 4 億年前的“遠古先驅”。它們用自己的方式告訴我們：適當?shù)木嚯x，不是疏遠，而是為了更好地共存。這個簡單的道理，無論是在遠古的海底，還是在現(xiàn)代的城市，都同樣適用。生命的智慧，就這樣跨越億萬年的時光，在化石中永恒地保存，最終被我們發(fā)現(xiàn)。

這也啟發(fā)我們思考：在漫長的演化歷程中，還有多少這樣的“小智慧”等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)？每一塊化石都可能隱藏著遠古生命的秘密，每一個微小的結構都可能訴說著一個宏大的故事，它們都在靜靜地等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)、去解讀、去講述。

參考文獻

[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.

策劃制作

出品丨科普中國

作者丨郭菲 煙臺大學

監(jiān)制丨中國科普博覽

責編丨張一諾

審校丨徐來、張林林