在4.67亿年前的海底，一群长着六只触手的珊瑚虫正忙着“盖房子”，它们通过分泌的几丁质轴骨连接，形成了茂密的的黑色网格状珊瑚。而几亿年后，现有的黑珊瑚却形似“柳条”，枝条纤美而柔韧。

为什么会有这样的区别？黑珊瑚是如何演变发展的？对此，西北大学地质学系早期生命研究团队联合中国科学院深海科学与工程研究所及多个国际研究团队回答了这一演化之谜。

“我们的研究不仅确立了两种新型黑珊瑚化石，填补了黑珊瑚演化史上的关键空白，还揭示其骨骼结构经历了一场‘化繁为简’的适应性演变。”论文通讯作者、西北大学地质学系研究员韩健说。

4月8日，相关研究成果在线发表于《通讯生物学》。

现生的黑珊瑚分支及其表面骨刺。

深海“带刺玫瑰”之谜

现代黑珊瑚共有8科301种，75%生活在深海。不同于常见的珊瑚，黑珊瑚是一种分枝状的群体型六射珊瑚，即组成它的珊瑚虫通常拥有六根触手。

从外表来看，黑珊瑚非常漂亮，每个珊瑚个体枝干错综复杂，如同带刺的深海“黑玫瑰”。而这些“刺”位于“轴骨”，这是珊瑚虫分泌的一种用于连接的黑色几丁质中轴骨骼，上面布满了许多纵向排列的骨刺。

黑珊瑚轴骨具有极强的抗腐蚀能力，理应更易保存为化石。然而，人们在地质记录中发现的黑珊瑚化石却极其稀少，因此它的演化历程长期成谜。

早在2011年，中国及波兰科学家联手在距今约4.7亿年前的湖北省奥陶纪地层中发现了当时全球唯一的黑珊瑚化石。该化石包括“匍匐中华黑珊瑚”和“辐根硬黑珊瑚属”两属两种。

然而，由于二者轴骨表面分别具有平行纵纹和网状结构，与现代黑珊瑚差异显著，因此学界对其分类地位还存在质疑。

“破解争议的关键，在于能否找到这两种化石与现代种的过渡类型。”韩健告诉《中国科学报》，其团队近期在距今约4.67亿年前的陕南宁强中奥陶世地层中发现了256枚短棒状微体黑珊瑚化石，它们分属两种新型黑珊瑚化石，正好位于早奥陶世黑珊瑚化石与现代黑珊瑚之间的过渡环节。

参与本研究的波兰合作者Andrzej Baliński回忆道，2011年的那次发现完全是个意外惊喜，毕竟当时黑珊瑚在化石记录中完全空白。“从那时起，我们一直在思考：这些珊瑚在漫长岁月中经历了怎样的演化历程？如今在中国陕西奥陶纪发现的新化石，终于回答了我们10多年前的迷惑。”

“化繁为简”是生存之道

通过高分辨率显微CT技术，研究人员完整重建了256枚化石黑珊瑚的三维内部结构，确认它们分属于两种新型黑珊瑚化石——纵脊硬黑珊瑚和硬黑珊瑚未定种。

纵脊硬黑珊瑚复原图。均由研究团队

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论文第一作者、西北大学地质学系博士郝文静介绍，纵脊硬黑珊瑚的轴骨表面饰有多边形网状结构，脊呈多方向展布，但整体上具有平行纵轴呈纵向延伸的趋势；而硬黑珊瑚未定种鲜少有网状结构，绝大多数脊的方向平行于长轴方向，但仍有部分斜交。

“这两种新发现的黑珊瑚类型与湖北早奥陶世发现的辐根硬黑珊瑚均具有网纹结构，因此可以归入一个新科——硬黑珊瑚科。”郝文静说。

从4.7亿年前的匍匐中华黑珊瑚和辐根硬黑珊瑚属，到4.67亿年前的纵脊硬黑珊瑚和硬黑珊瑚未定种，再到如今的黑珊瑚，这是一条怎样的演化之路？

团队在掌握已有化石证据的基础上，通过国际合作，取得了美国史密森尼国家自然历史博物馆、德国巴伐利亚州立动物学博物馆此前共享的黑珊瑚模式标本信息，以开展进一步的对比研究。

研究结果显示，从早奥陶世至现代，这类生物骨骼结构发生了“化繁为简”的变化——一开始呈现密密麻麻的“网格状”，再到网格开始纵向“拉伸”，最后变成如今几乎只剩规则纵向排列的“树枝状”。

对此，郝文静解释道，越老的地层，黑珊瑚与骨刺相连的横脊数量越少，伴随着脊的高度降低、骨刺与脊的延伸方向逐步趋于纵向排列，最终导致了复杂网格结构消失。“为刺胞动物演化研究及深海生物适应性机制提供了证据。”

黑珊瑚骨架从复杂网格状向规则纵向排列，为什么会出现这样的简化趋势呢？

“网格结构可能有利于珊瑚虫的生长、营养共享以及抵抗水流和捕食者，但当时海洋环境中激烈的生态竞争促使了黑珊瑚向上生长。”韩健表示，揭示这种简化趋势也为刺胞动物演化研究及深海生物适应性机制提供了证据。

下一步，迎接新挑战

在研究中，韩健还提出了一个创新性的观点，认为硬黑珊瑚的多边形网状结构或许与现代六射珊瑚硬珊瑚中的珊瑚杯类似，后者是一种单个珊瑚虫底部和侧部分泌的钙质底座。

“珊瑚杯的融合过程与奥陶纪黑珊瑚网格的简化模式高度相似，也许暗示两类珊瑚遵循着趋同演化机制。”他说。这也是接下来持续关注的方向。

现有研究表明，海洋中的直立分枝状群体刺细胞动物，如水螅和八射珊瑚等，均起源于匍匐状或毯状的群体，而匍匐状群体则由独立生活的单体通过无性繁殖演化而来。

基于这一演化模式和六射珊瑚的谱系，黑珊瑚也可能经历了从单体到群体、从毯状群体到直立群体的不同演化阶段，但具体过程仍需更多化石证据支持。

“黑珊瑚栖大部分息在深海中，人们对它还所知甚少，而针对黑珊瑚化石的系统性研究也仅在近几年才逐步展开。”论文共同通讯作者、中国科学院深海科学与工程研究所副研究员宋希坤向记者展望，在未来，他们将继续寻找最早的黑珊瑚化石纪录、在深渊海底寻找最深的现生黑珊瑚极限分布纪录，以继续解开这些黑珊瑚研究领域更具挑战性的新谜题。

相关论文信息: https://doi.org/10.1038/s42003-025-08022-x