奇异化石揭开亚洲最古老森林之谜

撰文:MAYA WEI-HAAS

新杭森林的小树可能生活在海岸附近的沼泽环境中,如上图所示。

图片提供: DEMING WANG

从粘土矿墙上探出头来的小树化石最初看起来并不惹眼。但随着更多细长化石的出现,古植物学家王德明和秦敏(音译)渐渐意识到,他们身处一片古老的森林之中。

在中国安徽省新杭镇附近发现的这些树木化石可以追溯到大约3.65亿年前,占地至少25公顷,大约相当于47个美式足球场那么大。研究人员近日发表在《当代生物学》杂志上的报告称,它迄今为止是亚洲发现的最古老的森林。

这些史前树木与棕榈树相似,树干无枝,树冠多叶,像杆子一样笔直生长,与我们现在所见的分枝较多的树木有所不同。它们的根系异常发达,为石炭纪沼泽森林的形成奠定了基础,并逐渐演化成为今天开采的大部分煤炭。

“这就是引发工业革命的原因,”Christopher Berry说道,他是研究森林生长的古植物学家。“这是我们现代文明的基础;我们第一次在这片森林中看到的这样的根状结构。”

追踪古老的茎秆

2016年,秦敏和王德明例行视察粘土矿时发现了新杭森林的第一块化石,当时他们正在矿场的外墙上搜寻古老生命的痕迹。寻找过程中,他们发现了多块植物茎化石,其中许多保存完好。

这些古老的植物属于一种名为石松类(lycopsids)的植物群,它们大都像杆子一样笔直地向上生长。新杭镇发现的古树一开始是单株茎,叶子很窄,一旦成年,它就会分裂出一个下垂的树冠,每个树冠上都长有一个充满孢子的圆锥体。

新杭发现的这片古森林的特点是树木像杆子一样笔直向上生长,它们的茎上长有狭窄的叶子。一旦成熟,树顶就会分裂成下垂的树冠,树冠上还会结出一个充满孢子的圆锥体。

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这片森林的确切环境还有待研究,为了找出更多线索,有必要对沉积物进行进一步分析,Berry说道。目前看来,这些树很可能生长在曾经经常被洪水淹没的沿海沼泽中。

很可能有过一场洪水,携带了大量泥沙,树木很快被沉积物掩埋了。虽然更多的树苗最终生根发芽,但洪水很快再度袭来,又将它们淹没。有些树木的树干部分腐烂了,之后灌满了沉积物,而其他部分,比如树根,则矿化成了黑色的化石,与周围的浅色岩石形成了鲜明的对比。

临沂大学的秦敏在一封电子邮件表示,这些发现给“我们提供了一本关于那个世界的历史书”。

虽然古森林很广阔,但以现代标准来看,这些树可能相对粗短。研究小组根据树干的厚度估计这些树大多不到3米高。

研究人员面临的挑战在于,许多细长的树干在石化过程中断裂,所以很难确定它们的高度。保守估计大概在1.5米到1.8米左右,Patricia Gensel说道,她来自北卡罗莱纳大学教堂山分校,专门研究泥盆纪时期(4.16亿到3.59亿年前)的植物。

“这片森林的高度可能与我们的身高差不多,”她说。

树木发展史上的创新

新杭的古森林可以追溯到树木发展史上的一个变革时期,当时树木正在迅速创造新的方法,以便能在不同的环境中茁壮成长。在泥盆纪早期,植物群大都匍匐在地面上。如果你能回到大约4.16亿年前,“就会踩在所有植物之上漫步,”怀俄明大学(University of Wyoming)的古植物学家Ellen Currano说道。

“森林的进化,”她说,“是地球历史上真正具有变革意义的事件之一。”

图中的化石为我们呈现了新杭古森林中树木的分枝根,在当时来说这样的根系是比较发达的。后来这些树木的根系随环境发生了变化,这样才能在石炭纪的潮湿环境中茁壮成长。

摄影: DEMING WANG

在整个泥盆纪,植物们找到了变得高大的方法,水分开始在茎部上下传送,长出更宽的叶子来进行光合作用,发展出支撑树干的结构,等等。它们开始向更高的天空伸展。迄今为止发现的最古老的森林是位于纽约州北部卡茨基尔山脉的吉尔博亚化石森林(Gilboa fossil forest),距今有3.85亿年。

但要想长得更高,树木还需要更好的扎根方式,而新杭的树木恰好有着惊人的发达根系,这也是研究人员如此兴奋的原因。

挪威斯瓦尔巴特群岛(Svalbard)也有一处类似的石松林,它比新杭森林要早2000万年,那里的树长着球根状,周围还有小根,Berry说道。相比之下,数百万年后在沼泽中占统治地位的新杭树的巨大近亲,通常有一种被称为根座的根,它会分裂成若干支根,周围环绕着微小的细根。

这种分枝结构为早期树木提供了强有力的支撑,最终帮助它们达到新的高度。

“它将改写石松类植物的进化史,”Gensel说道。

煤炭的源起

这样类型的分枝根中含有空腔,能帮助氧气到达植物的末端,这样一来,它们在充满水的沼泽中也能茁壮成长。这标志着未来世界人口的一个转折点,Berry说道。

沼泽地森林出现大面积激增,它们从古老的大气中吸收二氧化碳,并将其储存在体内。当这些小树林里的树木死亡时,它们会堆积在潮湿的沼泽地底部,因为缺氧,其腐烂速度也会减缓。最终,这个富含碳的系统变成了今天世界各地开采的厚煤层。

通过燃烧煤炭,现代人将古老的碳重新排放到我们的大气中,二氧化碳水平也因此飙升到前所未有的新高度。

现在,“全球的二氧化碳水平正以前所未有的速度上升,而乱砍滥伐森林和毁林铺路的现象仍有发生,这无异于切断二氧化碳的吸收源,势必会加剧气候问题,”Berry说道。

综上所述,我们在维持大气平衡方面是十分依赖植物,她说:“没有植物,地球真的会变热,我们也会陷入困境。”

(译者:陌上花开)

来源:国家地理中文网(官V)