近日，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、波兰科学院、美国南卡罗来纳大学、美国自然历史博物馆、中国地质调查局、德国巴伐利亚自然历史博物馆、日本东京大学、厦门大学等多个国际研究团队，在陕南宁强中奥陶世地层中发现两种新型黑珊瑚化石—纵脊硬黑珊瑚（Sterictopathes seirus）和硬黑珊瑚未定种（Sterictopathes sp.）。这两种化石在演化上属于早奥陶世黑珊瑚化石与现代黑珊瑚之间的过渡环节，揭示了黑珊瑚骨架装饰从复杂网格状向规则纵向排列的简化趋势，为刺胞动物演化研究及深海生物适应性机制提供了证据。研究成果于2025年4月8日在《通讯生物学》（Communications Biology）发表。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-025-08022-x

黑珊瑚：深海中的“带刺玫瑰”

黑珊瑚是一种鲜为人知的分枝状的群体型六射珊瑚，即看似一个宏观的树枝状的珊瑚个体实际上由许多相互连接的珊瑚虫组成，这些珊瑚虫共同协作以完成生活所需的功能。单个珊瑚虫通常拥有六根触手，而整个群体则会分泌一种黑色的几丁质中轴骨骼（简称轴骨）。这种轴骨结构复杂，质地坚韧，分枝纤细密集，形似树木（见图1）。轴骨表面一般可见许多纵向排列的骨刺；轴骨内部呈现空心的、类似于树木年轮的同心纹层结构。现代黑珊瑚共有8科301种，75%生活在深海。据生物分子钟推测黑珊瑚起源可追溯至寒武纪。尽管黑珊瑚轴骨具有极强的抗腐蚀能力，理应更易保存为化石，但地质记录中发现的黑珊瑚化石却极其稀少，因此其演化历程长期成谜……

图1：现生的黑珊瑚分支及其表面骨刺。a-d, 白色-淡黄是易腐烂的珊瑚虫和共肉组织。e-g, 黑色为其轴骨。

化石争议：它们真的是黑珊瑚吗？

此前全球唯一黑珊瑚化石记录来自湖北奥陶纪分乡组（距今约4.7亿年前），包括匍根中华黑珊瑚属（Sinopathes reptans Baliński et al., 2012）和辐根硬黑珊瑚属（Sterictopathes radicatus Baliński & Sun, 2017）两属两种。然而，二者轴骨表面分别具有平行纵纹和网状结构（图2a-f），与现代黑珊瑚差异显著。学界对其分类地位存疑。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。

突破性发现：4.67亿年前中奥陶世黑珊瑚化石

最近，西北大学早期生命研究团队在陕西宁强中奥陶世（距今约4.67亿年前）地层中发现了256枚短棒状微体化石，分属于纵脊硬黑珊瑚（Sterictopathes seirus，图2h-n）以及一个硬黑珊瑚未定种（Sterictopathes sp.，图2o-t）。这两种化石呈黑色光泽，表面光滑。其中，Sterictopathes seirus的轴骨表面饰有由锥形刺和马鞍状脊形成的多边形网状装饰。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（图3）。每个刺由2-5根脊交汇而成，大多数刺由有2-3根脊。而Sterictopathes sp.仅发现了3枚标本，表面小刺或独立，或与一两个脊相联。绝大多数脊的方向平行长轴的方向，但仍有许多脊与长轴方向斜交，鲜见网格状结构（图2o-t）。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（Sterictopathidae fam. nov.）。

图2：硬黑珊瑚科的三个种。a-f, 辐根硬黑珊瑚。h-n, 纵脊硬黑珊瑚。o-t，硬黑珊瑚未定种。（比例尺: a–c, h–k, o–q = 500 μm; d, e, l, m, r, s = 200 μm; f, n, t = 30 μm）。

图3: 纵脊硬黑珊瑚的完全脊(cr)与不完全脊（ir）。（比例尺, a, e, h, j, l, n, p, r = 0.5 mm; b–d, f, i, k, o, q = 0.2 mm; g = 0.05 mm; m, s = 0.1 mm）。

基于形态和分子的谱系分析也支持这样的结果支持硬黑珊瑚应属于黑珊瑚科的一个内群（图5a）。而匍根中华黑珊瑚的一些特征，例如其细枝上的纵向条纹，这在现代八射珊瑚中也有出现，因此其分类位置仍需进一步研究。

演化关键：从“网格”到“纵向简化”

参与本研究的Andrzej Baliński回忆道：“2011年，当我与北京大学的孙元林教授、波兰科学院的Jerzy Dzik教授在湖北省奥陶纪地层中发现黑珊瑚化石时，这完全是个意外惊喜。毕竟当时黑珊瑚在化石记录中完全空白，而我们竟在距今4.7亿年的岩石中发现了它们！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？如今的新发现终于部分填补了这一空白。”

西北大学地质学系郝文静博士表示，通过高分辨率显微CT技术，我们首次完整重建了化石黑珊瑚的三维内部结构，为确认其分类地位提供了决定性证据。并且，我们的发现不仅丰富了黑珊瑚的化石记录，更重要的是揭示了这类生物骨骼结构早奥陶世至现代的演化规律：1. 脊减少，越老的地层，黑珊瑚与骨刺相连的横脊数量越少（早奥陶世，1刺4脊；中奥陶世，1刺2-3脊或者1刺0-2脊；现代，1刺0-2脊），并且脊的高度降低，最终导致复杂网格结构消失。2. 纵向排列加强，骨刺与脊的延伸方向逐步趋于纵向排列。因此新发现的两种黑珊瑚化石在演化上属于早奥陶世黑珊瑚化石与现代黑珊瑚之间的过渡环节

本研究的作者Bernhard Ruthensteiner强调国际合作的重要性：“因为黑珊瑚属于群体动物，骨骼是有很多相同的部件构成，这个特点促成了美国史密森尼国家自然历史博物馆（NHNM）与德国巴伐利亚州立动物学博物馆（ZSM）之间黑珊瑚的模式标本交换——这批珍贵的标本为本研究提供了重要支撑，模式标本的共享对深入研究至关重要。”

参与发现黑珊瑚化石新产地的中国地质调查局西安地质调查中心王欣副研究员介绍，奥陶纪西梁寺组在汉中地区分布广泛，我们推测除了宁强地区之外，以后应该在其它地区也很有可能发现更多类型的黑珊瑚化石。

科学类比：网状脊=珊瑚杯？具刺网格的属性？

西北大学地质学系韩健研究员提出创新观点：硬黑珊瑚的多边形网状结构或类似现代六射珊瑚硬珊瑚中的珊瑚杯——即单个珊瑚虫底部和侧部分泌的钙质底座。如图4所示，珊瑚杯的融合过程与奥陶纪黑珊瑚网格简化模式高度相似（图5b-f），暗示两类珊瑚可能遵循趋同演化机制。

图4 : 现代硬珊瑚珊瑚杯不同程度的愈合。A，独立的珊瑚杯。B，除了个别独立珊瑚杯以外，大多是由2-3珊瑚杯愈合构成的复合珊瑚杯。C，由3个以上珊瑚杯愈合构成的复合珊瑚杯。

图5：黑珊瑚谱系分析及演化。a，黑珊瑚谱系分析结果。b-f, 黑珊瑚轴骨脊刺特征及演变。g-j，单体到群体的演变阶段。k-l, 纵脊硬黑珊瑚复原图。

本研究的合作者Mercer R. Brugler表示：“黑珊瑚很可能早于早奥陶世（4.85亿年前）就已存在，它们历经多次大灭绝事件而延续至今，这种顽强的生命力使其在现代海洋得以广泛分布。这些化石将成为分子系统发育的重要校准点，帮助我们更准确地估算该类群的演化时间。并且，黑珊瑚在珊瑚纲中拥有多项独特纪录：栖息深度最深（近缘裂黑珊瑚（Schizopathes affinis）水深8900米）、最寿命最长（光滑黑珊瑚（Leiopathes glaberrima）寿命可达4265年）、生长最缓慢（展深海黑珊瑚（Bathypathes patula）径向生长速率仅11.1微米/年），同时作为重要的生态基石（如一株树枝黑珊瑚（Antipathes dendrochristos）上曾发现2554种无脊椎动物共生）。然而黑珊瑚仍面临商业开采的威胁。我们需要通过加强公众教育和公民科学来提高保护意识。”

未解之谜：黑珊瑚的直立轴骨如何起源？

现有研究表明，直立分枝状群体刺细胞动物（如水螅和八射珊瑚）均起源于匍匐状或毯状的群体。而这些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，推测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（图5 g-j），但具体过程仍需更多化石证据支持。

本研究的共同通讯作者宋希坤博士展望道 ：“在寒武纪地层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，是黑珊瑚研究领域极具挑战性的新谜题”。

文章于2025年4月7日发表于《通讯生物学》（Communications Biology）。西北大学郝文静博士为该论文第一作者，中科院三亚深海研究所宋希坤研究员和韩健研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、基金委共享航次、全球海沟勘探与潜水计划、以及博士后面上项目的支持。

论文信息：

Wenjing Hao, Jian Han*, Andrzej Baliński, Mercer R. Brugler, Deng Wang, Xin Wang, Bernhard Ruthensteiner, Tsuyoshi Komiya, Jie Sun, Yuanyuan Yong, Xikun Song*

, 2025， Unveiling the early evolution of black corals，Communications Biology，8：579. https://doi.org/10.1038/s42003-025-08022-x