近期，《地質學》（Geology）在線發表了中國科學院南京地質古生物研究所古生物學和油氣地層應用重點實驗室研究員殷宗軍等完成的最新成果。該研究揭示了發現于我國和澳大利亞寒武紀地層中的“最早苔蘚蟲化石”，應是完整保存骨片系的疑難化石“寒武釘”，而不是苔蘚動物或絨枝藻。
寒武紀初期，幾乎所有動物門類在極短時間內爆發式出現，開啟了動物主導“地球-生命系統”的新紀元，這一里程碑式的生命演化事件被稱為“寒武紀大爆發”。然而，現今近40個動物門中，有不少類群在寒武紀大爆發期間沒有化石記錄（微小且缺乏骨骼的類群，保存為化石的可能性極低）。苔蘚蟲作為多樣性高且具有硬化骨骼的動物門類為何也缺席寒武紀大爆發？這一直是未解之謎。
2021年，《自然》（Nature）報道了最古老的寒武紀苔蘚蟲化石。證據來自陜南鎮巴和南澳大利亞寒武紀早期的磷酸鹽化微體化石Protomelissiongatehousei。該研究認為苔蘚動物和眾多其他動物門類一樣，在寒武紀大爆發期間已出現。這一發現曾引起國內外學界的廣泛關注。然而，這一觀點很快便受到挑戰。2023年，《自然》報道了一類來自云南寒武紀早期小石壩生物群中呈壓扁保存的宏體化石。該研究認為它們與Protomelission gatehousei是同一類生物，并將它們解釋為鈣化的絨枝藻（一種綠藻），而不是苔蘚動物。相關爭論使得苔蘚動物門的起源和早期演化歷史變得撲朔迷離。
那么，小石壩生物群中發現的宏體化石和磷酸鹽化的微體化石Protomelission究竟是不是同一類生物？Protomelission到底是苔蘚動物骨骼還是鈣化的絨枝藻？要回答這些問題，解決相關爭議，則需要對Protomelission原始標本的CT數據進行三維重構分析。
為此，殷宗軍帶領團隊，重新分析了《自然》2021年報道的Protomelission化石標本的原始CT數據。科研人員通過對原始CT數據進行高精度三維圖像重建和精準分割發現，Protomelission標本由多列形態相似的骨片拼合而成，單個骨片呈兩端向外略微膨大而中間收縮的啞鈴狀。統計數據顯示，骨片從底部到頂部逐漸增大，但保持穩定的長寬比，以保持穩定的形態。這些骨片的三維形態和尺寸與同時代常見的一種離散保存的“寒武釘”（Cambroclavus）骨片非常一致，只不過每一個骨片上的釘刺斷掉了而已。骨片在縱向上呈疊瓦狀排列，形成單列骨片系；而橫向上多個單列骨片系以錯開半個骨片的長度交錯拼合，最終組合成完整的陣列式骨片系。骨片的這種鉸鏈堆疊方式和前人報道的一些較為零碎的寒武釘骨片系標本非常一致。更為重要的是，科研人員還在標本中央腔中新發現了一些釘狀結構。三維圖像數據顯示，這些釘狀結構實際上是寒武釘骨片帶釘刺的部分。
以上圖像解析數據表明，Protomelission并非苔蘚蟲，而是保存更為完整的寒武釘骨片系標本。因此，Protomelission與寒武釘是同一類生物，該屬名是Cambroclavus的晚出同物異名應被棄用。同時，研究系統對比了這些標本與宏體化石絨枝藻的三維解剖學特征發現，兩者具有顯著區別，親緣關系相距甚遠。
作為寒武紀早期代表性疑難微體骨片化石之一，寒武釘多以離散骨片形式保存，但迄今為止科學家對此類化石的完整樣貌和親緣關系等信息知之甚少。依據新發現的較為完整的骨片系標本，研究人員重建了寒武釘的三維結構，并在此基礎上對該生物的原始樣貌進行復原。結果顯示，寒武釘是一類已滅絕的有表皮的后生動物，其整體呈倒錐形的桶裝，軟組織和器官在中央腔內，全身覆蓋帶刺骨片起到防御的功能，以底棲固著的方式生活在淺海環境中。
由于缺乏軟軀體結構的信息，寒武釘究竟屬于哪個動物門依然未知，但可以肯定的是現代動物門類中尚無發育有類似寒武釘相同骨片系的類群。這種情況在寒武紀大爆發期間屢見不鮮，原因在于寒武紀大爆發期間出現了許多像寒武釘一樣難以歸到現存門類的動物，如開腔骨、威瓦西蟲、古蟲等。這表明寒武紀大爆發期間動物軀體構型的分異度非常高。而這一客觀存在的事實又使得“苔蘚蟲為何缺席寒武紀大爆發”之謎更為引人注目。
研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院青年創新促進會優秀會員項目的支持。