“植物龐貝”揭開遠(yuǎn)古植物身世之謎

周衛(wèi)明

火山活動(dòng)的“雙刃劍”

2.98億年前，華北板塊的西緣由于板塊俯沖作用火山活動(dòng)頻繁，大量噴涌而出的火山物質(zhì)在空中飛舞，奔向不同的遠(yuǎn)方。中國內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市烏達(dá)區(qū)距離華北板塊西緣有100多千米，沒有遭受火山活動(dòng)的襲擊和高溫的炙烤。相反，漫天飄落、堆積的火山灰成為植物的養(yǎng)分來源，使得這里森林茂密、草木繁盛。然而好景不長，一場(chǎng)更大規(guī)模的火山活動(dòng)打破了寧靜，這一次火山灰沉降堆積的厚度足足有1.5米。矮一些的地被植物，由于隔絕空氣直接斷了生機(jī)。而高一些的樹木，因不堪火山灰的重負(fù)，斷枝殘葉散落一地，僅剩那依然挺立的樹樁，整片沼澤森林就此被封存在厚厚的火山灰中。

打開“植物龐貝”的城門

歷經(jīng)近3億年的地質(zhì)壓實(shí)作用（沉積物在上覆沉積重荷作用下，水分不斷排出，孔隙度不斷降低，體積不斷縮小而成為固結(jié)的巖石），這片沼澤森林早已被深埋地底。然而，得益于人們對(duì)煤炭資源的開采，這層火山灰時(shí)常暴露于烏達(dá)煤田的各個(gè)角落。在來來往往的地質(zhì)考察中，它一直被當(dāng)作是湖相泥巖，神秘的面紗一直無人揭開。1999年，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的王軍博士，在追尋瓢葉目植物化石足跡的過程中，來到了烏達(dá)煤田。他驚嘆于此地瓢葉目植物化石保存得精美，卻渾然不知自己身處特異埋藏的遠(yuǎn)古森林之中。直至2003年，王軍博士發(fā)現(xiàn)了一棵棵倔強(qiáng)挺拔的直立樹樁，才意識(shí)到這是植物化石原地埋藏的直接證據(jù)。由于其保存方式與意大利“龐貝古城”頗為相似，王軍博士將這一化石森林寶庫命名為“植物龐貝”。

植物化石的家園

大多數(shù)情況下，植物化石的埋藏都要經(jīng)歷凋落、搬運(yùn)、堆積等步驟。在第一個(gè)步驟中，植物體多以碎片的器官，如葉、莖、繁殖器官等形式保存，難以獲得植物的整體信息。在第二個(gè)步驟中，植物碎片一般要經(jīng)過水流的搬運(yùn)作用運(yùn)輸至沉積區(qū)，這一過程不僅會(huì)進(jìn)一步破壞植物碎片，還會(huì)因?yàn)楦×Φ牟町惏l(fā)生分選，質(zhì)地越輕的植物碎片搬運(yùn)的距離就越遠(yuǎn)。于是，同一片棲息地的植物化石就這樣被運(yùn)送至不同的下游沉積區(qū)域。與此相反，在第三個(gè)步驟中，不同棲息地的植物碎片也很可能搬運(yùn)至同一沉積區(qū)域保存，還易與沉積區(qū)域原本生長的植物類群混雜在一起。在這些不確定因素的影響下，想要真實(shí)地復(fù)原某一棲息地生長時(shí)期的群落面貌幾乎是不可能的。然而，當(dāng)一些極端的地質(zhì)事件發(fā)生時(shí)（如火山活動(dòng)、地震），區(qū)域性的植被很可能在極短時(shí)間內(nèi)（幾個(gè)小時(shí)至幾個(gè)月）伴隨著沉積物埋藏下來。這種原地埋藏保存的方式，讓古植物學(xué)家能夠更準(zhǔn)確地復(fù)原遠(yuǎn)古森林的真實(shí)面貌。

“植物龐貝”珍貴之處

仔細(xì)回想一下你在博物館所能看到的植物化石，是不是基本上都是植物的單一器官，整體樣貌不得而知？然而，在“植物龐貝”化石森林寶庫中，植株整體被火山灰快速地掩埋起來。由于火山灰沉降過程中的機(jī)械破壞作用，植物保存為器官碎片化石的情況普遍發(fā)生，但它們一般分布于母體植物的主干周圍。另外，質(zhì)地細(xì)膩的火山灰也為植物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細(xì)保存創(chuàng)造了條件。因此，“植物龐貝”的化石材料，不僅能清楚地展示植物整體的形態(tài)面貌，還能提供植物內(nèi)部的解剖學(xué)特征和繁殖器官信息——這是古植物學(xué)家夢(mèng)寐以求的化石材料！

瓢葉目植物身世之謎

瓢葉目植物化石自1833年首次被發(fā)現(xiàn)報(bào)道后，其確切的系統(tǒng)分類位置一直是個(gè)謎團(tuán)。由于它的繁殖球果是具有孢子的，因此它被推測(cè)為可能屬于楔葉綱、真蕨綱、前裸子或者某種獨(dú)立的孢子植物類群。這一切疑問的源頭，正是因其解剖學(xué)信息的匱乏。而在“植物龐貝”化石森林寶庫里，保存有大量完整的瓢葉目樹形化石，為解答這一百年謎團(tuán)提供了契機(jī)。經(jīng)過十多年的標(biāo)本積累及深入研究，科研人員終于發(fā)現(xiàn)瓢葉目植物的莖干具有裸子植物（用種子而非孢子繁殖）的木材解剖特征，再結(jié)合其孢子繁殖的特征，最終確認(rèn)，瓢葉目植物屬于前裸子植物的范疇，屬于孢子植物向種子植物過渡的中間形態(tài)。同時(shí)表明，前裸子植物在石炭紀(jì)（3.59億～2.99億年前）并沒有隨著種子植物的興起而逐漸消亡，而是在二疊紀(jì)（2.99億～2.52億年前）一路繁盛，最終消亡于二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交的大滅絕事件中。

在“植物龐貝”化石森林寶庫中，除了瓢葉目植物，科研人員還發(fā)現(xiàn)有早期蘇鐵、早期松柏，以及大量的石松、有節(jié)、真蕨和種子蕨植物。相信未來還將有更多的古植物學(xué)謎題在“植物龐貝”中得到解答。