作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2020/6/9 16:55:14
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比恐龙还早!新疆塔城发现中国最古老森林

 

“你是如何从这些支离破碎的植物化石里看到最古老的森林呢?”

“我们在理解远古植物生长方式的基础上,尽可能带领大家穿越到3.7亿年以前,从专业的角度呈现出地球曾经的生物与环境。”

近日,中国科学院南京地质古生物研究所研究员徐洪河联合一支国际科研团队,在新疆塔城地区的一片荒漠草原上发现了年代古老的植物化石群。科研团队通过现代同位素定年方法研究发现,这些植物化石群的年代距今已有3.71亿年,是国内目前已知最古老的森林,比恐龙出现还早2亿年。

从枝蕨类植物的研究说起

“关于最早森林相关的研究始于2012年,2017年我们在新疆发现并报道了最大直径达75厘米的硅化保存的植物化石。”徐洪河自2006年博士毕业以来一直从事新疆泥盆纪植物化石的研究工作,他告诉《中国科学报》,“当时我们就意识到这里可能保存有中国最早的森林。”

森林是由树木组成的,那么徐洪河等人的研究还得从枝蕨类植物说起。

泥盆纪,尤其是中泥盆世至晚泥盆世时期(距今约3.9亿-3.6亿年),是陆生植物演化与分异的重要时期,使这一时期成为陆地生态系统发展的关键节点。此前,古植物学者已经通过美国纽约州等地的化石材料证实,最早的森林出现在中泥盆世晚期,主要是由枝蕨类植物所构成。

枝蕨类植物的显著特点是其解剖结构中具有多枚独特的、呈分枝状的木质部束。徐洪河等人在我国新疆塔城地区开展地层古生物学野外考察工作以来,采集并研究了该地区多门类化石,科研团队发现,新疆塔城地区硅化保存的植物化石显示出枝蕨类植物独特的内部解剖结构。

徐洪河说:“这种枝蕨类植物就是构成地球上最早森林的植物,此前曾在美国纽约州等地的相关地层中有所报道,但仅有铸型和压型保存的化石材料,通过这些只能了解植物体的外部形态。 ”

徐洪河等人当年发现的新疆硅化保存的枝蕨类植物是最早的硅化木,通过对其内部结构的研究,科研团队证实这类高大的枝蕨类植物与现代植物中的某些单子叶植物具有一定的相似性,为最终揭开最古老树木的生长之谜提供了依据。

揭秘远古植物的生长之谜

泥盆纪构成森林的植物都已经灭绝,在今天已经没有任何可以类比的植物类型,重建植物的形态可以根据化石的形态而获取静态的信息。“但是树木可不那么简单,需要理解植物的动态生长过程,即一颗树如何实现增高与加粗生长。”徐洪河说。

构成森林的树木型植物化石都非常高大,而保存成为化石时往往支离破碎。徐洪河等人发现,从破碎的植物化石恢复植物的动态生长过程,这是从事早期森林研究中最大的难点。

为此,科研团队给出了解决方案,比如拼合整理大量破碎的植物标本,重现植物体的形态特征。再比如制作植物化石薄切片,研究植物体的解剖结构特征,即植物的内部“骨骼”,从植物的解剖结构中往往可以发现植物体的生长规律,建立生长模型。

在此基础上如何判断这里有没有森林?徐洪河解释道,森林其实是生态学的概念,主要表现为陆地生态系统的完善,判断森林主要有两种方式:一是大型植物在本身生长的地方或非常接近生长的地方被埋藏,被保存成为化石;二是众多植物要具有明显的差异以及分层情况,顶层是最高的,至少4米的冠层植物、中间层有高度为1米左右的灌木,底层有大量低矮的草本植物。

徐洪河等人在新疆塔城地区发现的植物化石都满足这些标准,植物在接近生长的地方被埋藏,多种乔木型植物化石被发现,在相同地层中也有各种直径和大小的其他植物。“所有这些植物都构成了中国最早的森林。”

仍有大量未解之谜待破解

“为什么泥盆纪的蕨类最高却可以长到20至30米的高度,如今却变得非常矮小?”面对记者的提问,徐洪河解释道,我们发现的植物化石距今有3.7亿年,当时动物才刚刚登上陆地。而今地球上的植物发生了翻天覆地的变化,超过99%的生物都已经被更替过。蕨类植物在地球上繁盛的时间超过2亿年,他们构成了最古老的森林,在地质历史时期随着时间与环境的变化而今日趋式微。

“尽管我们已经在新疆塔城地区开展了很多年的研究工作,但是仍然有大量奥秘和未解之谜等待破解。”徐洪河列举了最早森林和成煤植物之间有什么关系?最早森林在空间上的分布规律是什么?当时的古气候条件到底是什么样的?构成森林的植物究竟如何演化?与最早森林相关的动物究竟有哪些?

“科学研究不仅需要解决问题,还需要不断提出新的问题,并就此开展进一步的研究工作。”徐洪河认为,自己从事的基础科学研究,主要探讨地质历史时期陆地生态系统的发展与完善,以及生物演变过程中的环境背景,这是一个历史性的学科。

从植物登上陆地,到森林的出现,陆地上发生的显著的变化对古环境的影响也是巨大的。陆地环境与条件的建立,为动物登上陆地创造了条件,森林的出现显著降低了大气中的二氧化碳浓度,让陆地环境更加宜居,为包括人类在内的陆栖生物创造了条件。

“没有最早的森林就没有动物的登上陆地,也就不可能演化出人类。”徐洪河说,“生物在地质历史时期的演变过程,伴随着环境的沧海桑田,这对于今天的环境变化也具有指示意义。”

比如,新疆北部产有石油和天然气,钻探获取的岩心在开展研究的时候就需要古生物学和地层学的研究工作,重建特定地层在地理空间(地下)的延展情况。徐洪河等人研究正在为国家油气矿藏资源的开发勘探提供咨询服务。

 
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