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科学家在新疆发现3.7亿年前植物化石 揭远古树木生长秘密
2017年10月24日 14:47:32 来源:澎湃新闻 吴跃伟

  地球上第一片森林中的树木是如何生长壮大的?中国科学家在化石的帮助下,开始揭开其面纱。

  地球上最早的森林出现在距今约3.9亿年-3.6亿年前的中泥盆世时期,它们的出现大幅度降低了地球大气中的二氧化碳浓度,随后,海洋中的四足类动物,如两栖动物,开始上岸,逐渐演化出陆生生物。大约一亿年后,恐龙出现在地球上。

新疆晚泥盆世最大的硅化树干野外照片,直径可达70 cm。受访者供图

  10月23日下午,中国科学院南京地质古生物研究所研究员的徐洪河告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),远古森林对古环境的强烈影响,使这一时期成为陆地生态系统发展的关键节点。但远古植物是如何生长,变得枝繁叶茂,它们与现代植物在生长模式上有哪些差异?长期以来,人们缺乏科学证据。

  24日凌晨,徐洪河、中国科学院南京地质古生物研究所王怿研究员,唐鹏副研究员、傅强副研究员等人在国际学术期刊《美国科学院院报》(PNAS)上发表论文,根据在中国新疆塔城地区发现的植物化石,他们提出了距今3.7亿年前植物生长的理论模式。

  这些化石被称为硅化木,是枝蕨类植物的尸体,经过矿化(石化)的产物。

  只有足够粗壮、高大的植物才能形成森林。此前,人们通过对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(Cladoxylopsida)所构成。这些植物可以长到越5米高。

  但枝蕨类植物的树干是怎么形成的,它们如何生长、壮大,它们与现生树木有什么差异,人们知之甚少。

  徐洪河等人在中国新疆发现的枝蕨类植物化石为这些问题提供了答案。这些硅化木中,难得地保存了枝蕨类植物树干的结构细节。

  他们对这些化石进行多个角度进行切片,制作了近百枚厚的、薄的切片,然后进行观察,并重建其三维结构。

  新疆晚泥盆世硅化树干的横截面。有的茎维管束正在分裂。字母代表不同的切片,数字为茎维管束的编号。

  研究人员发现,与现生树木不同,枝蕨类植物的茎干中的多个输导组织形成一个网格系统,而常见的现代树木疏导组织构成一个整体。

  研究人员发现,枝蕨类植物的直径可达70厘米。其粗壮的茎中至少有30枚独立的维管束。这些维管束交错排列,构成双环状的圆柱形的立体结构——维管束群。这些维管束不断加粗生长,形成生长轮,即年轮。

  维管束群外面就是枝蕨类植物的根,它们的不断分生、增长,一同让枝蕨类植物成为参天大树。

  徐洪河表示,这种生长模式与现生树木明显不同。现生树木的生长加粗,如年轮,都来自单一木质部的增生,而非多个维管束系统。

  徐洪河说,3.7亿年前,远古森林里遮天蔽日的枝蕨类植物,现在已经灭绝,人们只能通过其化石一窥端倪,并看到原始陆生生态系统的影子。

  据徐洪河介绍,他一直从事早期陆生植物演化研究,自2006年博士毕业,就在新疆和中国华南等地开展地质调查和相关的地层学古生物学研究工作。新疆塔城在3.74亿年前,是面积狭小的火山岛弧,岛上的火山频繁喷发。岛弧上靠近海岸的区域生长着一些树木和低矮的植物。这些树木、植物在地质演化历史中,部分成为化石,被保留下来。

  2012年,徐洪河等人首次在新疆塔城地区的戈壁滩上发现了硅化保存的化石材料,但在野外只能识别出一些不明显的细胞结构。

  2015年,他再次去新疆时候,发现了这些化石中最大的树干(直径70 cm)。2016年,他们把这个“大树干”运回了位于南京的中国科学院南京地质古生物研究所。

  徐洪河表示,目前这一化石还在研究所的院子里,有大量的问题有待后续研究。该化石只保留了植物树干基部位置,目前还无法得知该植物的具体形态。

标签:新疆;植物;化石 责任编辑:沈正玺
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