在人類社會生活中，恰當地把握社交距離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古生物研究所戎嘉余院士和黃冰研究員針對發(fā)現于貴州的約4.36億年前的化石群落展開研究，發(fā)現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，在隨后的地質歷史中，這些黃鐵礦化的剛毛又被一層鈣質外殼包裹起來。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)現出現了：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)現了一個精確的數學關系：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)的物理接觸會產生微弱的推力。雖然每次移動可能只有毫米級別，但經過漫長的時間累積——可能是數月甚至數年，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”都在微調自己的位置，最終形成一個和諧的整體?，F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。

保持適當的距離，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象。它第一次用直接的化石證據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。

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，以至于在數億年后的今天，我們仍能從化石中讀出無數信息。

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：適當的距離，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。

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”等待我們去發(fā)現？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去發(fā)現、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.

出品：科普中國

作者：郭菲（煙臺大學）

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