地球上的动物如何演化出坚硬的骨骼？这一困扰科学界多年的谜题，近日因西北大学研究团队的一项发现迎来突破。该团队通过对寒武纪早期化石的深入研究，首次揭示了5亿年前动物已具备通过上皮组织控制骨骼生长的能力，相关成果以封面论文形式发表于国际权威期刊《GEOLOGY》。
研究聚焦于华北板块寒武纪早期地层中发现的"开腔骨"化石。这类微小化石仅有300微米大小，却保存着关键的生物矿化证据。研究团队运用扫描电镜、显微CT等先进技术，在化石表面发现了类似蜂巢的多边形网状结构。通过与现生珠母贝的对比，发现两者在有机质框架的形态、显微结构上高度相似，均由表皮细胞分泌形成。
"这相当于找到了5亿年前的'建筑蓝图'。"团队成员胡亚洲博士解释道，"就像人类牙齿的形成过程——先由细胞分泌蛋白质基质，再从体液中吸收钙磷离子沉积成矿。寒武纪动物同样通过表皮细胞分泌有机框架，引导海水中的矿物质形成骨骼。"该发现首次证实，寒武纪大爆发时期的动物已具备与现代生物相似的矿化机制。
评审专家指出，这项研究将生物矿化研究的时空范围大幅前推。传统观点认为动物骨骼演化与捕食压力相关，但具体机制始终不明。此次发现的有机质框架结构，不仅证实了上皮组织对骨骼生长的控制能力，更表明这种复杂矿化系统在寒武纪早期已趋成熟。研究采用的跨学科方法，为解析远古生物演化提供了新范式。
在技术层面，研究团队攻克了多项难题。面对微小化石，研究人员需先从岩石中分离出300微米级的标本，再用高精度显微设备观测。为获取有机质框架的三维分布，团队创新使用聚焦离子束技术对化石进行"微创手术"，切取仅8微米×6微米×0.1微米的超薄切片进行能谱分析，最终确认这些结构由黏土矿物保存。
这项发现还改写了部分生物演化谱系。此前学界认为开腔骨与海绵动物存在亲缘关系，因其形态均具刺状结构。但新研究揭示，开腔骨的矿化机制与海绵的中胶层造骨细胞完全不同，二者在演化树上应分属不同分支。遗憾的是，开腔骨类动物在寒武纪末期灭绝，未能延续至今。
对于人类而言，这项研究具有更深层的启示。胡亚洲比喻："现代骨骼与寒武纪原始内骨骼的关系，如同摩天大楼与石桥——都遵循相同的力学原理。我们继承的不仅是骨架，更是深植基因的生存智慧。"这种跨越5亿年的演化连续性，为理解人体骨骼修复机制提供了新视角。
在应用领域，研究团队正探索将远古生物的矿化策略转化为新材料技术。通过模拟有机质框架引导矿物结晶的过程，未来可能开发出在温和条件下自组装的仿生材料。这种源于生命演化的智慧，或将为材料科学带来革命性突破。
