海綿，作為最原始的動(dòng)物，其早期化石記錄卻出奇地不完整。然而，科研人員最近發(fā)現(xiàn)的5.5億年前的海綿化石，為我們揭開了海綿撲朔迷離的演化史的一角。

沒(méi)有大腦的最古老動(dòng)物

海綿動(dòng)物，又稱多孔動(dòng)物，因其疏松多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而得名。早年間，人們常將地中海出產(chǎn)的天然海綿作為清潔用品，但現(xiàn)在幾乎已經(jīng)被人造海綿所取代。

海綿的身體結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，它們沒(méi)有大腦、心臟之類的器官分化，也沒(méi)有肌肉、神經(jīng)系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)來(lái)運(yùn)動(dòng)或?qū)ν饨绲拇碳ぷ龀龇磻?yīng)。海綿只能通過(guò)區(qū)區(qū)十多種細(xì)胞來(lái)完成生命活動(dòng)，其中最為關(guān)鍵的叫作領(lǐng)細(xì)胞。

領(lǐng)細(xì)胞有一條鞭毛，鞭毛被一圈“衣領(lǐng)”包圍著。海綿通過(guò)擺動(dòng)鞭毛來(lái)獲取食物顆粒。領(lǐng)細(xì)胞在形態(tài)上與動(dòng)物的單細(xì)胞親戚——領(lǐng)鞭毛蟲十分相似，因此，100多年前，科學(xué)家就把海綿作為最原始的、具有單細(xì)胞生物特征的動(dòng)物看待，認(rèn)為其身上藏有破解動(dòng)物起源之謎的鑰匙。

“消失”的海綿

作為最古老的動(dòng)物，分子生物學(xué)研究顯示，海綿的起源時(shí)間在距今約8億～7億年前。因此，人們期待可以在早期的動(dòng)物群落中發(fā)現(xiàn)大量的海綿化石。但出乎意料的是，寒武紀(jì)（約5.38億～4.9億年前）之前的化石記錄中，竟然沒(méi)有一個(gè)可靠的海綿化石。多年來(lái)，古生物學(xué)家?guī)缀跆け槿澜绲那昂浼o(jì)地層，但是一直沒(méi)有發(fā)現(xiàn)海綿的實(shí)體化石。

為什么明明知道海綿在那里，卻始終找不到它們呢？這可能與海綿的一種特殊結(jié)構(gòu)——骨針有關(guān)。人們印象中的海綿是軟綿綿的洗浴用品，但若是在海灘上撿到海綿，可千萬(wàn)別拿來(lái)洗澡，因?yàn)榇蟛糠痔烊缓＞d都是帶“刺”的，這些“刺”就是鈣質(zhì)或硅質(zhì)的骨針，是鑒定海綿的重要特征。

或許，前寒武紀(jì)的海洋環(huán)境不適合骨針的保存，使得它們?cè)谧優(yōu)榛熬捅蝗芙饬耍灰部赡茉缙诘暮＞d沒(méi)有礦化的骨針。缺少了如此重要的特征，即使海綿被保存了下來(lái)，也難以被鑒定為海綿。

早期海綿的奇異樣貌

直到最近，古生物學(xué)家在湖北省宜昌市的埃迪卡拉紀(jì)（約6.35億～5.38億年前）石板灘生物群中，發(fā)現(xiàn)了珍貴的海綿化石，它回答了前寒武紀(jì)的海綿去哪里了的問(wèn)題。

新發(fā)現(xiàn)的化石名為螺旋網(wǎng)格海綿，形態(tài)猶如一只站立在海底的高腳杯，錐形的身體通過(guò)一根粗壯有力的莖與圓盤狀的固著器相連。它的身體中央具有一個(gè)空腔，還可能具有出水孔，這些特征都與現(xiàn)代海綿如出一轍。

螺旋網(wǎng)格海綿的表面由規(guī)則的田字形方格構(gòu)成。奇特的是，每個(gè)方格都被等分為4個(gè)形狀一樣的小方格，被稱為二級(jí)方格。二級(jí)方格還能被進(jìn)一步等分至少兩次。這種連續(xù)規(guī)則分割的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與康托爾集（人們最早認(rèn)識(shí)的分形結(jié)構(gòu)之一）有著異曲同工之妙。為了紀(jì)念描述該集的數(shù)學(xué)家，這種海綿的種名被定為康托爾螺旋網(wǎng)格海綿。

在自然界中，分支狀分形隨處可見(jiàn)，從宏偉的山脈、河流，到植物的枝葉、動(dòng)物的血管等等。但方格狀分形結(jié)構(gòu)極為罕見(jiàn)，僅在螺旋網(wǎng)格海綿和一些古生代的六放海綿（一類具有硅質(zhì)骨骼的海綿）中有所發(fā)現(xiàn)。螺旋網(wǎng)格海綿和這些后世的六放海綿的形態(tài)和結(jié)構(gòu)高度相似，唯一的區(qū)別在于構(gòu)成網(wǎng)格的材料：前者由有機(jī)質(zhì)組成，而后者則由礦化的骨針構(gòu)成。

逐漸浮現(xiàn)的演化圖景

科研人員通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育分析，確定了螺旋網(wǎng)格海綿在動(dòng)物家族（譜系）樹上的位置：六放海綿。這是人們首次在寒武紀(jì)之前的地層中發(fā)現(xiàn)確定的海綿化石，而這些海綿化石已經(jīng)屬于現(xiàn)生的海綿門類，距離海綿的始祖還有著遙遠(yuǎn)的演化距離。因此，海綿還有更久遠(yuǎn)的演化歷史可以追溯，更多的早期海綿化石有待發(fā)現(xiàn)。

螺旋網(wǎng)格海綿和古生代海綿，在形態(tài)上的相似性和成分上的差異性表明，海綿曾存在一個(gè)完全以有機(jī)物構(gòu)建身體骨架的階段。而到了寒武紀(jì)，海綿和其他多個(gè)門類動(dòng)物同時(shí)獲得了生物礦化能力，將礦物加入原有的有機(jī)物骨架中，形成了由礦化骨針構(gòu)建的骨架。當(dāng)認(rèn)識(shí)到早期海綿具有有機(jī)物骨架之后，尋找前寒武紀(jì)海綿便不等同于尋找礦物骨針。

古生物學(xué)家每一次細(xì)心的觀察，每一次大膽的推斷，都是向著更完整的海綿進(jìn)化圖譜邁進(jìn)的一大步。

知識(shí)拓展

什么是康托爾集

康托爾集是由德國(guó)數(shù)學(xué)家格奧爾格·康托爾提出的一種特殊的點(diǎn)集。

想象有一堆沙子，代表從0到1之間所有的點(diǎn)。

現(xiàn)在，先把手中最中間的那一部分沙子吹走，只保留兩端的部分，這樣就有了兩堆小一些的沙子，每一堆都是原來(lái)的1/3大小。

接著，對(duì)這兩堆沙子里的每一堆再重復(fù)剛才的動(dòng)作，即再把每堆沙子中間那一部分吹走，留下來(lái)的又是更小的4堆沙子。

同樣的，對(duì)這4堆沙子再重復(fù)這個(gè)動(dòng)作——每一次，都只留下兩邊的沙子，吹走中間的部分。

當(dāng)重復(fù)上述動(dòng)作無(wú)窮多次時(shí)，殘留下來(lái)的沙子就組成了“康托爾集”。

你可能會(huì)認(rèn)為，最后剩下的沙子應(yīng)該很少。事實(shí)上，并非如此。雖然吹去了很多沙子，但是剩下的這些沙子加起來(lái)，仍然包含了無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)，而且排列得井然有序。

在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，康托爾集的復(fù)雜性可以被用來(lái)創(chuàng)建極其安全的信息加密方法；在通信和電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，康托爾集可以幫助工程師優(yōu)化信號(hào)傳輸路徑，確保信息傳輸?shù)那逦群退俣取?/p>