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破解近两百年的谜题,中国古植物学家让“神秘树”认祖归宗
2021-03-11 12:49:34   来源:化石网   评论:0 点击:

(化石网公众号)在古植物学界,瓢叶目植物困惑了古植物学家们近两百年。近日,由中国科学院南京地质古生物研究所研究员王军领导的国际团队,通过二十余年的研究,最终确认它是种子植物的姊妹类群——前裸子植物
(化石网公众号)在古植物学界,瓢叶目植物困惑了古植物学家们近两百年。
 
近日,由中国科学院南京地质古生物研究所研究员王军领导的国际团队,通过二十余年的研究,最终确认它是种子植物的姊妹类群——前裸子植物。相关研究成果于3月8日(北京时间3月9日凌晨4点多),发表在国际权威刊物《美国科学院院报》(PNAS)上。
 
 
成果发布会
 
3月9日上午,南古所召开了内蒙古“植物庞贝城”最新成果发布会。
 
一“棵”古树,困惑了古植物学家们近200年
 
瓢叶目,从植物化石被发现到今年,已经199年。它的祖先是谁?有没有后裔?一直是个谜。“瓢叶,这类古植物的化石标本最早是1822年在捷克被发现的。而瓢叶目的确立是1931年。”中科院南京地质古生物研究所研究员王军告诉现代快报记者。
 
 
瓢叶目在中国的化石产地
 
王军说,瓢叶目生活在距今3.5亿年~2.5亿年前,地球的赤道低纬度热带雨林地区。不管是中国,还是欧洲和北美,都有它们的身影。在中国,它们生长在成煤沼泽里面,高达五六米,对煤的形成有很大的贡献。在欧洲和北美,它们个体娇小,是草本类植物。
 
 
王军
 
“它是谁?它在分类系统里面,应该属于什么样的亲缘关系?它周围的姊妹类群都是什么?”王军介绍说,为已经发现的、地球上曾经有过的各种植物在分类系统里面找到相应的位置,是古植物学家们最基本的学科目标。而瓢叶目,由于此前已有的化石标本十分差强人意,比较碎小,缺乏整体解剖结构,没办法从分类学上进行归类。也就是说,瓢叶目一直无法认祖归宗,进入生命之树。
 
 
植物庞贝城复原图
 
一场火山喷发,奇迹保存“植物庞贝城”
 
瓢叶目包括20余属50余种,是常见于煤系地层的一组古老植物类群。它究竟有什么传奇故事?从上世纪90年代开始,王军就一直在寻找答案。
 
为了揭开这个谜案,王军根据前辈们积累的经验,开始到贺兰山脉寻找化石。“找化石,也有碰运气的成分。很多时候,不是你想找什么化石,就能找到的。”王军说。
 
 
化石切片
 
无疑,王军他们是幸运的。在内蒙古乌海市乌达区,王军带领的团队找到了“植物庞贝城”。他们在那里找到了非常完整精美的化石。“一般化石中的植物都是躺着的,但是,乌达的化石是‘站着’的。很密集,每隔三五米就有一棵直立的植物树干 ……”2012年,王军团队复原了史上面积最广的“植物庞贝城”场景。
 
在复原图中,整片森林郁郁葱葱,树木高低错落,最高大的有30多米高,最小的还不及人的脚踝。在复原图的第一排,便可以看到像棕榈树的“瓢叶目”,它们身高五六米,挺拔向上,努力生长着。
 
王军告诉现代记者,“植物庞贝城”的化石之所以保存这么完好,得益于3亿年前一场规模巨大的火山喷发。漫天的火山灰飘落下来,把乌海的整片森林瞬间埋入地下,原封不动地保存了植物在火山喷发瞬间的样子。
 
 
乌海拟齿叶复原图
 
一场完美的解剖,让古树得以“认祖归宗”
 
在南古所标本馆里,一个重达2.5吨的瓢叶目化石标本非常显眼。从化石上,可以看到这棵树被火山灰埋藏前的样子。它主干碗口大小,枝繁叶茂,果实累累。由于是在乌海发现的,王军他们把它命名为:“乌海拟齿叶”(Paratingia wuhaia)。
 
而在王军的办公室里,整齐排放着一个个切片。这些切片几乎呈透明状。在显微镜下,它们的内里“乾坤”可以看得一清二楚。
 
 
嘉宾在标本馆
 
王军介绍说,他们对“乌海拟齿叶”进行了解剖和重建,发现它有蕨类植物的孢子繁殖方式,同时又具有种子植物的木材结构。根据这些特征,可以确认,它是种子植物的姊妹类群——前裸子植物的一员。
 
“通过叶子的解剖,我们发现叶轴两侧有对称的维管束。更让人惊奇的是,它的果穗整个像玉米棒一样呈辐射状对称,从它的中轴切开来,也是两侧对称的维管束。这也是果穗是从叶子进化过来的直接证据。对这棵树主干的解剖,才是让我们给这棵树的分类特征定下来最大的一项突破。就是主干的解剖有次生木质部。”王军解释说,这些特征汇总起来,就是一个典型的前裸子植物的概念。
 
根据他们对以往标本的观察,整个瓢叶目都属于前裸子植物。" 前裸子植物代表了植物界在进化过程当中,孢子植物进化到种子植物过渡的一种类群。"
 
 
植物庞贝城发掘地
 
意义非凡,“华夏植物群”很可能起源于中国而非欧美
 
尽管瓢叶目植物的繁殖能力非常强,但在距今约2.5亿年前的生物大灭绝事件中,它们也是环境和气候变化影响的受害者。这次大灭绝毁灭了全球的沼泽系统,而伴随着瓢叶目赖以生存的环境消失,该目也随之消失。
 
该项研究的合作者,来自英国伯明翰大学的Jason Hilton博士说,一直以来科学家们把瓢叶目当作一个“分类学足球”,无休止地在球场上踢来踢去。正是得益于中国“植物庞贝城”的这些完整而精美的标本,他们才得以重建“乌海拟齿叶”这一瓢叶目植物新种。
 
“这项研究意义非凡,从此瓢叶目植物可以载入教科书。”王军告诉现代快报记者,这项研究揭开了古植物学最大的谜团之一——明确了瓢叶目属于前裸子植物,更体现了中国科学家以及中国化石在古生物领域的巨大贡献。
 
同时,这项研究为追索“华夏植物群”之根提供了重要线索。“早在上世纪70年代,为了和欧美植物群相区别,我国的古生物学家们提出了华夏植物群的概念。以前,古植物学家们认为‘华夏植物群’起源于3亿多年前的石炭纪,而当前的成果表明,‘华夏植物群’很可能起源于我国的泥盆纪植物群。”
 
 
王军与团队在讨论
 
【延伸】
 
建议建立“植物庞贝城”博物馆
 
王军介绍,这项研究表明“植物庞贝城”是一个化石宝库,蕴藏着许多古植物世界的重要突破。当前“乌海拟齿叶”的整体重建只是其中之一,后续还将公布多个植物新种的整体重建。
 
发布会上,内蒙古的相关领导也来到现场,讲述这一成果背后的故事。
 
 
成果发布会乌海市代表发言
 
“我是‘植物庞贝城’重大成果的见证人之一,这二十多年来我亲眼看着王军研究团队一批又一批的学生来这里采集化石。他们经历了各种风雨,克服了许多难以克服的困难。”乌海市委原副书记、乌达矿务局原书记、内蒙古煤矿安全监察厅原党组副书记张海旺与王军早在1999年就认识了,现场王军介绍说,张海旺是他的贵人。“如果没有他,‘植物庞贝城’至今还在沉睡中。”
 
张海旺回忆,当时采煤与采化石发生冲突。“王军他们厚着脸皮,磨着嘴皮和他们讲保护这些化石的重要性。”作为当时乌达矿务局书记的他,也坚定地站在王军这边。
 
“有乌海人民的支持和南古所强大的研究团队,我相信将来‘植物庞贝城’会有越来越多的新成果。”现场,张海旺建议建立一个“植物庞贝城”博物馆。“看到王军这一次的成果,我对此感到很有信心。”
 
实习生 蒋晶晶 张珊 现代快报 +/ZAKER 南京记者 阿里亚 胡玉梅 / 文 牛华新 苏蕊 / 摄

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