《人民日報(bào)海外版》2024年11月11日11版 版面截圖

“植物龐貝城”復(fù)原圖

烏海擬齒葉化石

普氏封印木化石

火山凝灰?guī)r層野外露頭。本文配圖均由受訪對象提供

原題：探秘中國“植物龐貝城”

近日，在韓國舉辦的第37屆國際地質(zhì)大會(huì)上，國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)（以下簡稱“國際地科聯(lián)”）公布了第二批100個(gè)世界地質(zhì)遺產(chǎn)地名錄，中國有3處入選，“烏達(dá)二疊紀(jì)植被化石產(chǎn)地”是其中之一。

烏達(dá)二疊紀(jì)植被化石產(chǎn)地為何被稱為“植物龐貝城”？有怎樣的科學(xué)價(jià)值？目前的研究情況如何？

全球唯一的二疊紀(jì)“植物龐貝城”

烏達(dá)二疊紀(jì)植被化石產(chǎn)地指的是內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市烏達(dá)煤田內(nèi)埋藏保存的二疊紀(jì)化石森林。

2.98億年前，整個(gè)華北地區(qū)還是沉浸在汪洋中的一個(gè)大島嶼，烏達(dá)地區(qū)處于北回歸線以南的低緯度熱帶區(qū)域，是一片生機(jī)盎然的熱帶雨林，這里溫暖濕潤，長滿石松類、有節(jié)類、瓢葉類、蕨類、種子蕨類、原始松柏類、蘇鐵類等植物，高低錯(cuò)落，郁郁蔥蔥。然而，一場規(guī)?？涨暗幕鹕酵蝗粐姲l(fā)，厚厚的火山灰飄到了這片森林，整片森林被就地掩埋。

烏達(dá)二疊紀(jì)植被化石產(chǎn)地的保存方式與龐貝古城遺址如出一轍。公元79年，維蘇威火山爆發(fā)，龐貝被掩埋在數(shù)米深的火山灰下，直到1748年被發(fā)掘，這里原封不動(dòng)地保留了神廟、街道、民居等?；诖耍?fù)責(zé)烏達(dá)二疊紀(jì)植被化石產(chǎn)地發(fā)掘的中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所所長王軍帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)將該產(chǎn)地命名為“植物龐貝城”，這一研究成果2012年在《美國科學(xué)院院報(bào)》發(fā)表后，引發(fā)了國際地質(zhì)古生物學(xué)界的關(guān)注。

國際地科聯(lián)在對今年獲評的遺產(chǎn)地進(jìn)行介紹時(shí)這樣寫道：烏達(dá)化石遺址是世界上重建植物化石數(shù)量最多的地方，也是世界上精確重建煤田植被實(shí)際景觀規(guī)模最大的地方，為了解植物群落生態(tài)提供了一個(gè)獨(dú)特的窗口，超過50個(gè)物種分類說明了該區(qū)域高度的生物多樣性。烏達(dá)化石代表了一個(gè)被稱為二疊紀(jì)“植物龐貝城”的遠(yuǎn)古森林的特殊記錄。

“目前，不完全統(tǒng)計(jì)顯示，全球發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石埋藏點(diǎn)可能不少于50萬，植物化石埋藏點(diǎn)可能有10余萬，但是公認(rèn)的保存方式與‘植物龐貝城’基本相同的只有5個(gè)。這里是唯一一個(gè)處于二疊紀(jì)最早期的，準(zhǔn)確地說是處于石炭紀(jì)與二疊紀(jì)之交?！蓖踯姼嬖V記者。

據(jù)了解，其他的類似于“植物龐貝城”保存的植物群位于美國、西班牙、捷克、德國，但受制于自然環(huán)境等因素的影響，種群豐富程度與科研進(jìn)展不及烏達(dá)植被化石產(chǎn)地。

“植物龐貝城”研究團(tuán)隊(duì)目前的研究進(jìn)展表明，烏達(dá)“植物龐貝城”囊括5項(xiàng)世界之最：最大面積的遠(yuǎn)古森林實(shí)際復(fù)原、最豐富的同期成煤植物群化石標(biāo)本收藏、最古老的蘇鐵植物、最豐富的瓢葉目植物群落以及最多的化石植物整體重建。

稀有的原位埋藏化石森林

原位埋藏是王軍當(dāng)初發(fā)現(xiàn)烏達(dá)化石的線索，也是烏達(dá)化石產(chǎn)地之所以具有重大科學(xué)價(jià)值的重要原因。

1997年，王軍在中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所博士后流動(dòng)站做瓢葉目植物的研究，所里的吳秀元老師送給他一小塊產(chǎn)自賀蘭山脈的瓢葉類植物礦化標(biāo)本。吳秀元20世紀(jì)60年代初來到中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所，一直跟隨李星學(xué)院士從事地層古植物學(xué)研究，對賀蘭山華夏植物群等非常熟悉，尤其擅長石炭紀(jì)植物和地層的研究。20世紀(jì)80年代，吳老師在賀蘭山野外考察期間，偶然發(fā)現(xiàn)一塊已礦化的瓢葉目植物化石，雖然這個(gè)球果化石的直徑僅有2厘米，但結(jié)構(gòu)保存完整，十分罕見。

王軍對這個(gè)化石進(jìn)行了仔細(xì)的修理和技術(shù)分析，鑒定后確認(rèn)這是瓢葉目中的一個(gè)新種，后來在他的博士后出站報(bào)告《瓢葉目一種孢子葉球盤穗的形態(tài)及解剖學(xué)研究》中將其命名為“中華盤穗”。這是當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的第一塊保存了內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的瓢葉目植物化石，它為解決瓢葉目植物的系統(tǒng)歸屬提供了重要線索。但它的體積太小，當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件無法展開更深入研究，王軍覺得有必要重返賀蘭山去找更多化石材料。

之后，王軍多次到賀蘭山進(jìn)行野外科考。2003年，王軍與美國賓夕法尼亞大學(xué)費(fèi)弗科恩教授一同前往賀蘭山脈，后者主要從事石炭-二疊紀(jì)地層和植物研究，在埋藏學(xué)和古環(huán)境學(xué)等領(lǐng)域成就斐然。這一次，他們雖沒有找到“中華盤穗”，但在烏達(dá)煤田紅旗煤礦6號和7號煤層之間，發(fā)現(xiàn)了一層約66厘米厚的植物化石層，綿延三十多米，包括一些直立的莖干，每隔三五米就有一根，這是之前沒有發(fā)現(xiàn)過的。經(jīng)辨認(rèn)，他們認(rèn)為很可能是樹蕨、科達(dá)和瓢葉目擬齒葉屬。

這樣的發(fā)現(xiàn)令兩位科學(xué)家振奮，后來經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)這并非以往文獻(xiàn)中認(rèn)為的湖相粘土巖，而是火山凝灰?guī)r，表明其為火山灰特異埋藏。

王軍告訴記者，火山進(jìn)行了一次連續(xù)噴發(fā)，森林是被一次性掩埋的，中間不存在火山噴發(fā)停止后，又有樹木新生長的情況?；鹕交业娘h落可能持續(xù)了數(shù)天甚至數(shù)月，當(dāng)時(shí)埋下來的厚度約為1.2米—1.5米，由于上面又形成了煤層、巖石等，后經(jīng)近3億年以來的地質(zhì)作用，現(xiàn)在保存的厚度約為66厘米。

“一般化石中的植物都是躺著的、破碎的，但這里的植物化石是站著的、完整的。展開的樹冠、倒伏的樹干，甚至還有纏繞的藤蔓、樹間的小草以及被昆蟲咬食的植物葉片。”王軍介紹，烏達(dá)植被化石包括了石松類、有節(jié)類、蕨類、種子蕨類、前裸子植物、早期松柏植物和蘇鐵類植物共7大類50余種，具備了現(xiàn)代植被類群中除被子植物以外的各大類群。有著非常清晰的分層結(jié)構(gòu)，包括高層喬木、低層喬木、層間植物、灌木層、地被層。團(tuán)隊(duì)還曾發(fā)現(xiàn)了一棵完整的封印木，樹樁在巖石中，樹干倒伏，樹冠折斷但跟樹干還保存在一起，復(fù)原后高達(dá)二十幾米。

烏達(dá)化石標(biāo)本目前發(fā)現(xiàn)的就超過了50種，多數(shù)都能夠進(jìn)行整體重建研究，因此這里將可能成為全球?qū)崿F(xiàn)化石植物整體重建復(fù)原屬種最多的古植物學(xué)圣地，有望為古生物演化生命樹增添最多的化石植物新物種。

豐富古生物演化生命樹

據(jù)王軍介紹，這片化石遺產(chǎn)地處在煤層之間，目前為止，科研人員在35平方公里的煤田區(qū)域陸續(xù)發(fā)掘了1萬平方米。

發(fā)掘過程中，許多發(fā)現(xiàn)在打破既有的認(rèn)知。比如按照教科書，在中國的熱帶雨林，發(fā)掘2500平方米就可以覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有物種，但是當(dāng)團(tuán)隊(duì)發(fā)掘到8000平方米的時(shí)候，仍然有新物種出現(xiàn)。

“目前已經(jīng)復(fù)原并完整重建了9種古植物?！蓖踯娊榻B，特別是在瓢葉目研究方面取得了突破性成果。

在二疊紀(jì)末大滅絕事件中，瓢葉目植物隨之消失，它是華夏植物群的特色和代表類群之一，在石炭-二疊紀(jì)植物群中最常見，但也是研究最薄弱的一組植物。其植物系統(tǒng)分類位置從1931年該目建立以來始終是個(gè)謎團(tuán)。

2015年，王軍團(tuán)隊(duì)在烏達(dá)找到了內(nèi)部結(jié)構(gòu)保存完好的擬齒葉，隨后數(shù)年中，團(tuán)隊(duì)又多次發(fā)現(xiàn)具有相同內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的擬齒葉，大量數(shù)據(jù)不僅證明果與葉同源，同時(shí)也顯示了這類植物的主干發(fā)育具有密木型的松柏類木材特征，至此終于確認(rèn)瓢葉目屬于前裸子植物，徹底解決了瓢葉目在生命演化樹中的位置，即系統(tǒng)分類屬性及其親緣關(guān)系。

除了樹木，王軍更想了解整個(gè)森林的奧秘。

烏達(dá)化石產(chǎn)地一塊3000平方米的發(fā)掘現(xiàn)場被畫滿了白色方格，這些就是定位點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)位是一棵植物，如果植物都被復(fù)原出來，就能真正做到“既見樹木，又見森林”，不僅可以了解單個(gè)植物的信息，更能了解到群落的生態(tài)。

在這里，有最古老可靠的蘇鐵，以往發(fā)現(xiàn)的蘇鐵由于信息內(nèi)容不完整，僅見葉片而缺乏繁殖器官，無法確認(rèn)屬于蘇鐵。而烏達(dá)的蘇鐵則既有葉片又有繁殖器官，可以確定。

王軍告訴記者，從目前研究來看，這片森林里最多的是樹蕨，其次是瓢葉目，而且發(fā)現(xiàn)有科達(dá)樹生長的地方，一定沒有封印木，反之亦然，兩者呈割據(jù)狀態(tài)。森林一年中有8個(gè)月，地表有淺層水體覆蓋，其余4個(gè)月，陸地會(huì)露出，這些都是成煤的條件。而到底是哪些植物能夠變成煤炭，長期以來缺乏直觀而清晰的證據(jù)，烏達(dá)化石產(chǎn)地展現(xiàn)出的成煤植物群落組成，成為研究的一條重要線索。

他還介紹，石炭-二疊紀(jì)之交的地球氣候環(huán)境與當(dāng)前十分相似，南北兩極覆冰，當(dāng)時(shí)地球正經(jīng)歷冰室氣候向溫室氣候轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在也正在從第四紀(jì)以來的冰室氣候過渡到溫室氣候，氣溫逐漸升高，極端天氣頻發(fā)，植物為了適應(yīng)氣候也要發(fā)生變化，或遷移或進(jìn)化或滅絕等，烏達(dá)化石產(chǎn)地所處的地質(zhì)歷史時(shí)期為研究現(xiàn)代植被適應(yīng)冰室過渡到溫室的變化提供了重要參考，對糧食生產(chǎn)有重要意義。

“植物龐貝城”的研究雖然已經(jīng)進(jìn)行了20多年，但仍有許多未解之謎，比如在如此豐茂的熱帶雨林，僅發(fā)現(xiàn)蝎子等10塊左右的動(dòng)物化石，為什么數(shù)量和種類都那么少？

王軍告訴記者，一個(gè)化石點(diǎn)的研究是無窮無盡的?！凹夹g(shù)一直向前發(fā)展，每一代人的認(rèn)識(shí)有一定的局限，相信這些未解之謎在未來會(huì)一一揭開?！?/p>

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