贺兰山一叶化石标本“解封”3亿年前森林
2017-08-07 10:04:20   来源:化石网   评论:0 点击:

内蒙古乌达煤田早二叠世成煤植被景观复原图植物庞贝城中的瓢叶目植物拟齿叶(化石网报道)据中国科学报(袁一雪):如果建立起来,肯定是全世界绝无仅有的博物馆,因为我们要在里面复原3亿年前的森林原貌。距今3


内蒙古乌达煤田早二叠世成煤植被景观复原图



植物庞贝城中的瓢叶目植物拟齿叶
 
(化石网报道)据中国科学报(袁一雪):“如果建立起来,肯定是全世界绝无仅有的博物馆,因为我们要在里面复原3亿年前的森林原貌。”

距今3亿年前,在我国宁夏回族自治区与内蒙古自治区交界处的贺兰山还未有山之雏形,而是一处水土丰沛的三角洲,一片遥无边际的原始森林中生机盎然。但后来,附近的火山爆发打破了这里的宁静,大量的火山灰顺势飘落到森林中,所有的植被瞬间被覆盖,并随着时间的推移被掩埋得不见天日。

直到有一天,几位研究植物化石的科学家闯入了这片蕴藏秘密之地,揭开了历史的“封印”,让这片曾经生机盎然的森林重现世人眼前。

中科院南京地质古生物所研究员王军就是揭开秘密者之一,谈及当年的发现,他详细的描述令人仿佛回到20年前。

寻找瓢叶目引发的故事

之前,王军从没想到自己会与远在千里之外的贺兰山产生如此之深的联系。“当年,我进入中科院南京地质古生物所从事博士后的研究工作,因为手头化石标本有限,恰巧当时所里的研究员吴秀元老师给了我一块瓢叶目的化石。”王军回忆说,“这块化石是吴秀元老师在上世纪80年代时于贺兰山地区采集到的。要知道,当时学界对于瓢叶目的研究仅限于外形,但是内部结构并没有化石可研究。”也因为没有具体结构,所以绝大多数植物的教科书,甚至没有将具有20余属50余种的瓢叶目植物纳入其中。

吴秀元给王军的化石是一块直径2厘米、具有维管等内部结构的瓢叶目化石。王军将其切片后进行瓢叶目结构的研究,但苦于化石标本不够,很多细节难于补充,于是他计划再次潜入贺兰山地区,寻找新的瓢叶目化石。“我邀请了吴秀元老师,还有我读博士时的导师、西北大学地质系教授沈光隆,以及另外曾经到过贺兰山的同行。从1997年到1999年,我们一直都在贺兰山地区寻找。”王军回忆道。

1999年,王军的搭档换成了他的学弟,也正是在那一年,他们在贺兰山的乌达煤田发现了有瓢叶目植物化石的地质剖面。他们陆续在那里发现了零星的植物化石标本,就像是一座已经分崩离析的屋子留下的尺椽片瓦。从那些化石中,王军分辨出其中包含了瓢叶目植物的两个属。尽管并非是王军最开始研究的瓢叶目属植物,但他意识到,或许其中蕴藏着更深的秘密。

2003年,王军与美国宾夕法尼亚大学从事瓢叶目研究的同行再次深入乌达地区,这次他们发现了直立茎秆植物化石。这一发现令他们大感意外。因为据我国上世纪60年代进行的地质调查报告显示,乌达地区曾经是一片湖泊,那么这里的化石应该被淤泥掩盖。若真是湖泊,淤泥覆盖下的植物的化石是不可能直立的。而且,直立的茎秆说明当时这些植物不是因为狂风暴雨摧残后被搬运和掩埋从而变为了化石,而是因为突然的变故被打落或者直接被掩埋保存成为化石。

这一突然的发现打乱了王军等人的计划,本来只停留一天的打算变成了两天。第二天他们继续找寻,发现不仅有直立的茎秆化石,周围还有落叶的化石。而且,左边有,右边也有,每隔几米就能发现一棵树。

从最开始的不敢相信、判断,到后来的惊喜,王军越来越坚信自己可能发现了一片保存完好的植物王国。

将发现的化石打包带回研究所,经过耐心修理和仔细检查,王军发现这些茎秆与叶子可以连接在一起。且将保存植物化石的石头切开制作成薄片,经过研究发现,这些石头也并非来自湖泊而是来自火山。“这点可以通过石头的微细颗粒确认,湖泊中的微细颗粒经过水的冲刷会有一定的磨圆度,但是火山灰却没有磨圆度,相比之下都是有棱有角的颗粒。”王军介绍道。

通过种种迹象,王军推断,乌达地区的植物因为火山的突然爆发,被火山灰掩埋,才有了现在的样子。就像是因被火山掩埋而保存完整的庞贝城,所以王军将这里称为“植物庞贝城”。

全球最大的植物化石王国

虽然发现令人欣喜,但王军知道仅凭一己之力无法将乌达地区被掩埋的植物化石发掘出来。2006年,内蒙古的火区治理工作全面展开,因为乌达地区的煤层自燃问题,所以这里也成为整治重地,当地煤层挖掘工作为王军提供了研究的契机。

兴奋之心尚未平静,王军就开始担心植物化石被破坏。因为当地政府将灭火工作分包给公司承包,为了保证工期,这些公司日夜不停地开掘,速度之快出人意料。他在那里从事现场调查和研究的时间无法得到保障。好在当时乌海市副书记张海旺与王军有联系,且前者也是地质专业出身,意识到这一地区植物化石的重要性,特申请了让王军进行研究,并亲自协调现场调查工作的实施。

这一保护行为,让乌达的植物庞贝城成为目前全世界面积最大且发掘较为完整的植物化石王国。“我们可以看到植物之间的间距如何,植物与植物间如何组合配置,最终才复原了当时当地植被繁茂的景象。”王军回忆当初不禁有些庆幸。因为一旦被破坏,即便拿到了植物完整的标本,也无法复原森林整体的生长情况。

目前,世界上有大约五个与乌达类似的植物化石地,但因为种种原因并没有得到相关支持,导致研究工作未能深入推进。其中一处坐落在德国开姆尼茨市,它甚至因为整个化石群被城市覆盖而无法被发掘,直到一座老房子年久失修,政府从个人手中将房子与地买下,才从中窥视到一点点原貌,并在原址上建立了植物化石博物馆。

复原3亿年前的森林原貌

也因为植物庞贝城带给王军的震撼,以及不断地深入研究,之前他从事的关于瓢叶目的研究一度被搁浅。“因为2012年后,乌达地区的灭火工程还在继续,他们对于煤层的开采没有停过,所以一有机会我还会继续‘抢救’当地的化石。”王军说。

2007年,王军在乌达地区发了一株瓢叶目的树冠,这对于瓢叶目来说是个重要的补充。后又经过不断地前去探寻,终于在2015年将能够反映内部结构的材料补全。王军计划在明年将论文发表在国际期刊上,“我相信这篇论文发表后,应该可以解决目前大家对于瓢叶目细节不清楚的问题。”王军补充道。

从1997年到2017年间,20年的研究,王军说乌达植物庞贝城依然有期待,也依然有未解之谜。比如,科达(裸子植物)和封印木(孢子植物),在同一生态环境,同为森林的高层植被组分,共存却彼此互不相干。“在进化过程中,裸子植物比孢子植物更先进,但在乌达地区可以看到大片的封印木,科达却不多。那么,为什么更先进的裸子植物科达,比不过孢子植物封印木的数量呢?”王军发现这一问题至今依然是悬案。他自己也提出了几种可能,但尚无法确认答案。

“而且,我曾经在2012年对采访的记者说,乌达地区共同生存了20余种植物,但现在保守一点说,也许不少于50种,只是需要进行深入细致的研究才能够确认各个物种的细节特征。这一数字还在不断补充中。”

为了弄清到底多大面积内可以涵盖一个地区所有的物种,王军特地去西双版纳植物园调研,结合文献,他发现那里大约至少要有2500平方米才能了解几乎所有的植物种类。“但是现在我已经在乌达地区调查了3000到4000平方米,还有新的自然种不断被发现。或许当时的森林植被物种比现在更丰富。”

现在,乌达煤田所在的政府领导要在当地建立博物馆,特邀王军作为专家参与其中。“我相信,如果建立起来,肯定是全世界绝无仅有的博物馆,因为我们要在里面复原3亿年前的森林原貌。”

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