中外科学家揭示特异保存海绵化石的埋藏学机制

安吉生物群是发现于浙江安吉奥陶纪末文昌组黑色页岩夹层中的特异埋藏化石群，其中保存了大量精美的海绵动物软体组织结构。该生物群为研究华南奥陶纪末生物大灭绝后赫南特期的深水生态系统以及海绵动物演化提供了重要窗口。但目前，对于安吉生物群海绵动物化石软体组织的特异保存机制尚不清楚。

近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生武学进、张元动研究员、马俊业副研究员与英国威尔士国立博物馆Joseph Botting博士、Lucy Muir博士合作，基于海绵动物化石利用场发射扫描电镜、能谱分析、岩芯扫描仪以及地球化学手段，对安吉生物群中特异保存的海绵动物化石开展了系统的埋藏学研究。相关研究成果发表于国际学术期刊《地质学会会刊》（Journal of the Geological Society）上。

研究结果显示，海绵动物软体组织化石的保存经历了一系列复杂的化学过程，包括6个阶段：死亡埋藏—降解启始—硫酸盐细菌还原—黄铁矿化—硅化—去黄铁矿化。雾状层（nepheloid layers）是陆源物质进入海底的输送通道，同时又是海洋水体中沉降颗粒及底部再悬浮颗粒物的停留场所。雾状层长期停留在近海底域，为海绵动物的生存提供充足的食物来源以及氧气。当发生风暴、旋涡等动荡事件时，雾状层中大量的沉降颗粒将海绵动物迅速原位掩埋。生物降解形成局域还原环境；硫酸盐还原菌的参与下，海绵动物软体组织逐渐发生黄铁矿化。动荡事件平息后，雾状层携带的氧气下渗到埋藏层位，阻止了黄铁矿化进程，同时在软体组织化石表面促进了硅质的沉淀。之后由于氧气持续供应，使得不稳定的草莓状黄铁矿逐渐溶解，在硅质沉淀上留下蜂窝状（honeycomb-like structure）的印痕。软体组织表面的硅质沉淀有效地保护了软体组织免于氧化分解以及后期压实作用的破坏，从而使得精美的软体组织保存下来。同时，通过高分辨率的U/Th的数据，也佐证了海绵动物生活的海底氧化还原界面是不断上下振荡的。

与寒武纪荷塘组黄铁矿化海绵骨针化石中没有软体组织保存的情况不同，安吉生物群海绵动物化石的特异保存经历了更加复杂的化学过程，包括硅化阶段以及去黄铁矿化阶段。该项研究为黑色页岩中软体组织特异保存的形成机制提供了新的路径。

本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、中国科学院PIFI项目以及国家自然科学基金委员会项目的联合资助。

论文信息：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.

图1. 海绵动物软体组织以及骨针表面的“蜂窝状结构”（草莓状黄铁矿印痕）

图2. 海绵动物软体组织以及骨针表面的黄铁矿溶解后的残留部分

图3. 安吉生物群海绵动物化石特异埋藏模式图