中國植物“龐貝”驚現“左撇子”
時間:2019-12-17      文章來源:科學導報      責任編輯:程稚玲

 周衛明從內蒙古烏海市烏達煤田采集的纏繞化石標本。圖A系第一塊化石,圖H系第二塊。
  資料圖



     兩年前的11月,周衛明與合作者從最低氣溫零下20攝氏度的內蒙古烏達煤田,帶回了一批植物化石標本。周衛明在中國科學院南京地質古生物研究所(以下簡稱中科院南古所)工作,當時他并未意識到,這批標本中有兩塊巴掌大小的化石,是人類能找到的迄今最久遠的纏繞植物化石——它們來自3億年前。

    這意味著,從那時起,植物生長已經具有纏繞特性。更重要的是,化石中的蕨類植物是個“左撇子”,依照左旋方向纏繞生長。
    此前,有研究者曾在中國山東的“山旺植物群”中發現另一例距今1600萬年的植物化石,這塊化石中的植物也是個“左撇子”。二者遙相輝映,幫助研究者更好地理解遠古植物的生長規律。

    目前存活在地球上的纏繞植物超過九成向右螺旋生長。雖然遠古植物化石標本偏好左旋的原因不明,“但我們必須指出來”。在查閱大量文獻、仔細研究化石標本后,周衛明與中國、捷克、美國古生物學者將這一成果發表在《當代生物學》上。


    植物版龐貝古城在中國

   “了解遠古森林中的樹木在全球范圍內都有重要意義。”來自美國斯坦福大學的地質科學家C. Kevin Boyce是周衛明的合作伙伴之一,他在接受筆者采訪時說,千百萬年前的植物根莖沉入地下、堆積,經過一系列生化和物化反應后,形成了今日所見的煤炭。
    若能解開遠古植物化石蘊藏的奧秘,無異于見證了滄海桑田的變換。但曾經的“滄海”在哪兒?
    1999年,周衛明的導師、中科院南古所研究員王軍見到了自己導師吳秀元從內蒙古烏達帶回的一塊植物化石標本。得知這塊標本極其完整,王軍“高興壞了”,即刻與同事動身前往烏達。一直到2003年,王軍在烏達不斷發現完好的植物化石新標本,這些化石中的植物不同于以往“躺著”的形態,許多都處于直立狀態,而且非常密集,每隔三五米就能發現一個。
    發現的化石標本越來越多,加之該地存在厚厚的火山灰,王軍等人想到,這些直立的植物很可能像龐貝古城一樣,在火山噴發時被火山灰瞬間埋藏。王軍在接受媒體采訪時回憶,在烏達,他和同事先后做了1100多平方米的考察,最終確認在賀蘭山西北角大約20平方公里的區域存在一個植物版龐貝古城。
    這一研究在2012年正式公開,相關成果發表于美國《國家科學院院刊》。

    “烏達煤田代表著一片被火山灰淹沒的沼澤森林,這里的樹木存活于大約3億年前,而且其中一些很不尋常,它們可能有40米高,其生長方式和形態與我們如今看到的樹木完全不同。大自然以一種鮮為人知的方式保存了一切。”Boyce表示。


    2 左邊畫“龍”?纏繞方向顛覆認知
    在烏達的植物龐貝城里,研究者發現,許多原始植物和人們想象中不一樣。比如曾經在中生代繁盛發展、如今瀕危的蘇鐵類植物,其繁殖器官與現今的鐵樹類似,但葉片不似鐵樹的葉片一般分開;如今見到的較矮小的蕨類植物,在遠古時期其實是“高個兒”……
    在周衛明等人的研究中,兩塊纏繞植物化石標本也顛覆了人們的認知——最早在3億年前,地球上就已出現具有纏繞能力的植物。化石中的蕨類植物葉軸直徑約1毫米,兩側還生長著輔助攀爬的“觸手”。研究者還觀察到,兩塊化石標本中的真蕨植物至少有5株左旋,于是認定該纏繞植物是固定左旋的。
    周衛明告訴筆者,植物攀爬有著各式各樣的策略,其中纏繞攀爬是常見模式之一。“現生植物大部分都是固定右旋的,如旋花科植物牽牛花。”還有一些植物既能左旋也能右旋,“比如何首烏”,而極少部分現生植物以固定左旋的模式生長。
    在現有研究中,還未出現右旋纏繞植物化石的報道,加上先前在“山旺植物群”發現的植物化石,目前世界上僅存的兩例纏繞植物化石全部為左旋纏繞。
    不過,“為何地質歷史中的兩例纏繞植物化石都是左旋的?”周衛明表示,對于研究植物“手性”的科學家而言,這是一個暫時無法解答的問題,“也許還有更深層次的自然規律等著發現”。
    另外一個顛覆性的發現是,以往人們認為纏繞植物以高大的樹木為生,但在他們發掘的化石里,蕨類植物纏繞在另一個體型較小的植物上,而且這株植物依靠刺和吸盤攀爬,有點類似于現在的爬山虎和月季。“這揭示了早期森林生態系統的復雜性。”周衛明說。


    3 煤田尋寶

    采集植物化石的過程仿佛尋寶游戲:先用挖掘機等大型機械清理化石層上方的巖土層,66厘米厚的火山凝灰巖暴露在地表后,研究者會給樣方打上1米乘1米的方格,再詳細記錄每個樣方的植物保存狀況并測量大小。
    如果不是周衛明“想多了”,人們如今看到的標本可能還和其他化石躺在一起。
    從烏達煤田回到南京,周衛明開始查閱文獻。他發現,以往研究中對植物纏繞習性的判斷都是推測而來。有研究者直接在文章中指出,在此之前,地質歷史上確切的纏繞植物化石僅有山東中新世“山旺植物群”發現的一例。
    意識到問題的重要性后,周衛明找到了兩塊化石標本中的一塊。先用數碼照相機進行宏觀照相,再用體式顯微鏡觀察化石局部——植物上細微的鉤、鱗毛和刺等細節,有助于更準確地鑒定物種類別。
    周衛明表示,為了分清纏繞植物和宿主植物的類別,他們不得不將化石切成三部分,從而得到了植物的解剖結構。“依據解剖特征,我們得以了解這個纏繞植物是真蕨植物,而宿主植物是種子蕨植物。”
    “植物化石能保存其生活時的狀態很難,保存三維立體結構更難,而‘植物龐貝’是研究者的化石寶庫,擁有世界上獨一無二的保存條件。”周衛明說。
任芳言





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