探秘远古“植物庞贝城” _植物

区域古植物复原图

王军研究员
核心提示：由我国中科院南京地质古生物研究所研究员王军主持完成的我国“植物庞贝城”实际复原研究，近日刊登在了《美国科学院院报》(PNAS)上。这是世界上迄今为止唯一的一张大面积远古森林实际复原图。何谓复原？这座“植物庞贝城”是怎样被发现的？从“植物庞贝城”中我们能了解到什么？我们就此采访了专家。
时间：约3亿年前
地点：今内蒙古乌达地区
辽宁日报：您主持完成的我国“植物庞贝城”实际复原研究，近日刊登在了科学刊物《美国科学院院报》上，引起了媒体和公众的注意。复原3亿年前的森林，这个在世界上是首次吗？
王军：对远古植物群落实际复原的这个工作研究古植物生态的国际同行也在做，比如捷克的古植物学家也在复原一块植物群落，但多年来只复原了累计约200多平方米，而且并不完整。可以说，我们首先取得了大面积的、较完整的实际复原。
辽宁日报：您和您的团队实际复原了多大面积？
王军：目前已经完全复原了1100多平方米，还有可能在南北长10公里、东西长2公里、面积达20平方公里的古盆地露头范围内复原更大面积的原始植物群落。
辽宁日报：“复原”是什么概念？
王军：我们不但搞清楚了约3亿年前古生代的二叠纪早期在内蒙古乌达这片土地有什么样的植物类型，而且在一定区域内还弄清楚了这片植物群落中植物生长的具体位置、树间间隔、分层结构等，首次实现了对植物群落生态梯度的还原。通过绘制复原图我们可以看到约3亿年前生长在这里的森林的场景。这就是实际复原。
辽宁日报：那么以前一些教科书上介绍的古植物群落也有复原图，并不是实际复原吗？
王军：是的，只是属于概念性复原。概念性复原是什么意思呢？就是说在绝大多数情况下，植物化石虽然在A地被发现，但并不是它原来就生长在A地，而是被从它原来生长的地方经过冲刷、搬运过来被埋藏的。这样就在空间上造成了极大的误差。另外，在时间上，比如2.99亿年前至2.51亿年前是古生代的二叠纪，此时是蕨类植物唱主调的时期，这个时间跨度达近5000万年，那么，在一个地质剖面上不同层位上如果发现了植物化石，那么我们还说不准它们是否曾经长在同时期，因为层位跨度较大的植物化石有可能相差百万年，甚至千万年。这就给我们研究植物类型生长的时期、地域、群落关系等造成了很大的困难，所谓的复原也是有着模糊性。而提供一个复原图，主要目的就是给出一个远古森林的概念，而时间上和空间上的误差是难免的。
在火山灰作用下原始森林被瞬间封存
辽宁日报：那么，为什么乌达煤田的这个能够实际复原，是和火山喷发有关吗？
【探秘远古“植物庞贝城”】王军：大家都知道意大利有个著名的庞贝城，不到一天的时间就消失了，毁灭与维苏威火山的突然爆发直接相关，火山灰在极短的时间内覆盖了整个城市。当我们再次发现被埋在地下的这个城市，一切还是清晰可见。实际上我们发现的乌达煤田中埋藏的这个古植物群落也是这个特点。
辽宁日报：在古时候被火山喷发所埋葬？
王军：与庞贝城比，这个古森林被埋葬得更加久远，大约在2.98亿年前，那时在贺兰山西北角、现在的内蒙古乌达地区还属于古大陆的热带气候，一片原始沼泽森林里各种植物生机盎然，而在这片森林百十公里外有一座活火山，有一天突然喷发，一连几天，巨大的火山灰飘落到了这片森林中，厚度超过1米，这片森林的植物也由于火山灰的热及覆盖而死亡。但是，由于时间较短，植物外在原貌却被很好地保留，经过多年的地质埋藏，连同火山灰变成化石，重见天日后，向世人完整地展示了这一森林的原貌。
辽宁日报：火山灰具体起到一个什么作用？
王军：以一棵树为例，火山喷发时，植物的树冠部分被厚重的火山灰压断，落在火山灰层内保存下来，我们在发现和挖掘化石时，这些化石里保留的树木有直立茎干，下面就是一层煤。这意味着这些化石没被搬运过！这种保存状态，植物未经受其他运移而直接得到保存，即原位埋藏，火山灰起到了一个固定的作用。大面积的原始森林也在火山灰的作用下瞬间被封存和定格在了那一刻。
辽宁日报：这种保存是一个奇迹？
王军：是的，近3亿年前的古生代是煤的形成时期，我们在开采出来的一些煤块中也可以看到个别被保留在里面的植物信息，但是零散而又模糊，像乌达煤田中这样植物群直接保存为压型-印痕化石，从而非常直观地反映成煤沼泽森林面貌者，则十分罕见，能被发掘研究的就更少了。
辽宁日报：那么这个化石森林是如何发现的？
王军：我的老师吴秀元研究员曾经在上世纪80年代在乌达煤田考察期间无意中找到了一块保存精美的植物化石。1999年以后我们把注意力重点转移到了这个区域，每年都去那里进行地质考察和化石采集。2003年，我和美国一个专家又去了乌达，由于那时煤田的煤被挖开来了，从而得以发现了植物直立茎干的化石，而且每隔三五米就能发现一个，在茎干化石的周围散落着很多枝叶化石，我们意识到这片植物化石的形成与火山爆发有直接的关系。
辽宁日报：这个区域化石保存完好确实罕见，您已复制了1100多平方米，但这么大面积的化石应该是被埋在地下吧，难道我们把化石的上面的土地都“卸”下去了？
王军：化石是埋藏在煤层之上的火山灰内，火山灰上覆盖的岩层之所以能被挖去，得感谢当地政府、煤田等各部门的支持。由于该地区40多年来煤层自燃造成了资源的损失和环境污染，国家决定对乌达煤田实施灭火工程。大规模的灭火工程实施过程中，化石上面的所有岩层得以除去，这为我们的考察和挖掘工作提供了良好的机遇、支持和便利。我们小心翼翼地把化石标本敲出来，鉴定植物的种类，标注化石存在的方位，保证它的“原地性”，这项工作细致而繁琐，但为了真实复原必须做好。
揭秘3亿年前植物类型及其对气候变化的佐证
辽宁日报：通过化石本身我们可以直观地看到植物的茎、叶等的原始形态特征吗？
王军：是的，化石保存得很完美，比如有一个化石近两吨重，里面的树有一人大小，外形像棕榈，不仅树冠完整，叶子和果实也全都在上面，叶片脉络清晰，栩栩如生，森林最后一天的生活情景，凝固成化石。
辽宁日报：这些化石反映了约3亿年前的怎样的植物形态？
王军：3亿年前的植物群落化石极具研究价值，用来衡量具体的成煤植物序列与传统组合序列间的吻合和对比问题，对植物生物地层划分具有宝贵的借鉴价值。举个例子吧，在这片原始森林的化石里发现瓢叶类的完整树冠标本，共有两属三种，这些植物已灭绝，这次发现意义重大。从这片森林来说，主要由六大植物群落组成，包括以封印木为主的石松类植物，以楔叶、卢木为主的有节类植物，以栉羊齿类植物为主的莲座蕨树蕨类植物和草本蕨类，有瓢叶类植物，有早期苏铁类和本内苏铁类，还有以科达为代表的早期松柏类植物。这说明3亿年前的植物群落已经发展得比较完备，在我们现代的植物群中，除了被子植物，几乎所有的森林植物，都能在这个远古森林中找到自己原始的祖先。我们还首次发现科达(一种裸子植物)和封印木(一种孢子植物)这两种植物，虽然在同一时期，但并不共同生在同一区域，而是呈南北割据状态。
辽宁日报：有了古今对比，所以就看出了生态变化？
王军：是的，考察植物本身是研究的目的之一，还有环境、生态上的意义。
辽宁日报：通过观察这种变化，来考察气候和环境的变迁？
王军：根据古气候学研究，石炭二叠纪时有一次冰期和间冰期之间的转换，可以说是“冰室”向“温室”的过渡，而植物会随气候而适应和变化，所以能够准确地为这一地区某一时期内的环境及气候变化做出证明，验证气候的改变能够怎样影响植物的进化。当时正在变暖，有着巨大的温室效应，而这恰好和我们目前所处的气候环境非常相似，因此，具有非常强烈的对照意义。对这些化石证据“解密”将有助于揭开全球变暖之谜，对探究现代植被随气候变换的趋势也具有重要的参考价值。在这方面，已经开始了一项有10多个国家、30多位科学家参与的国际合作研究。
辽宁日报：感谢您的发现和讲解，期望着这片“森林化石”里蕴含的更多的秘密被早日解开。
专家档案
王军博士，中国科学院南京地质古生物研究所研究员，博士生导师，古植物学与孢粉学研究室主任。兼任国际古植物学会地区(中国)代表，国际地层委员会石炭纪分会通讯委员，中国古生学会理事，中国古生物学会古植物学分会理事、秘书长。主要从事石炭纪、二叠纪古植物和陆相地层研究。近年来开展了瓢叶目植物的系统亲缘及古植物埋藏学和生态学研究。

辽宁日报刘洪宇