最古老的森林化石告诉我们什么?
  • 来源:科普时报
  • 作者:冯伟民
  • 2019-12-06 09:46


垂直岩层分布的树干。
埋在岩石里的树干。

    进化杂谈

    地球上最古老的森林何时出现?科学家又是如何发现和界定的?一直以来,这是一个科学热点。因为,要确定远古时代的森林并非像发现一块古植物化石那么简单。古植物化石非常丰富,保存形式也多种多样,但是,要发现原位埋藏的树桩化石则非常困难。

    迄今,世界上最古老的泥盆纪(距今4.19~3.59亿年)树桩化石仅在美国、挪威发现,而近来在我国皖南新航地区发现的古老树桩化石地是第三个泥盆纪树桩树根化石发现地。

    树桩化石为什么这么重要呢?因为它的原位埋藏表明了森林的原始分布位置,显示古老树木的成长情况和规模,为揭示森林演化史提供独特而关键的依据。不仅如此,人类更可以从中了解到助推近代工业革命,为我们带来社会经济飞跃发展的煤矿又是从何时出现的。

    距今4亿年前古生代中期,植物成功登上陆地,蕨类植物因拥有新型的维管束器官成为陆地植物的开路先锋。伴随着蕨类植物的自然蔓延,大陆面貌焕然一新。遍布岩石的陆地上随之发生了一次微妙的变化,那就是土壤诞生了,植被变得越来越繁茂了。终于,距今约3.8亿年前的泥盆纪中期,地球上第一次出现了森林。

    那么,科学家如何判断泥盆纪时代有森林的形成呢?

    森林由高大的乔木组成。构成森林的植物必须是乔本植物,高至少4米,胸径至少7.62厘米。只有这样的植物才具备构成森林的基本条件。在植物化石埋藏中,整个植物体被完整地保存为化石是十分罕见的,绝大多数只保存了植物体的一部分。因此,通常利用植物的茎直径来确定植物体高度。

    经统计学分析,茎直径与高度有一定的相关性。在中、晚泥盆世的陆地,一些植物茎直径已经超过了界定树的要求,达到了10厘米以上,那么其高度至少5米以上,有些可以达到20米,甚至达到30米。

    另外,根据植物体形态特征分析,那个时期大气中的二氧化碳相对浓度变化几乎呈直线下降的趋势,表明在中、晚泥盆世,地球陆地生态系统中可能出现了早期森林。

    但是,要确定早期森林,还需要特定的地质条件:生长时的森林植物被原位保存下来,使研究者能构建出森林面貌。原位保存就是保存了植物活着时候的位置,没有经过后期的变动。原位保存的植物化石十分珍贵,它能提供植物分布、总体特征等重要信息。

    目前,保存得最为理想并被广泛认可的最早期森林,其化石产自美国纽约州吉尔博阿河边采石场的中泥盆世晚期地层。然而,发现这一片古老的森林并非易事。大约在一个世纪前,人们就在美国纽约州的吉尔博挖掘出了许多生长在约3.85亿年前的树木化石,科学家认为这是生长在地球上的最早树木,但一直以来没有人知道这些树木的外形到底是什么样子,因为没有人知道这种树顶部分是怎么样的。直到2004年,科学家在吉尔博又发现了约400磅的完整树冠化石,第二年他们又发现了该树种的一个28英寸长的树干化石。科学家将这些树桩、树干和树冠化石组合在一起,首次展现出了世界上最古老的树木样子,发现其形状与现代的棕榈树样子很相像。

    后来,挪威斯瓦尔巴特群岛上又发现了3.8亿年前的远古森林化石。这是距今在泥盆纪发现的世界上第二个最古老森林遗址的化石地。科学家发现,保存完好的树干和树桩化石仍插在土壤之中。这些奇怪的树木看上去有点儿像棕榈树和蕨类植物的杂交体,被认为是远古时期覆盖该地区的一部分热带森林。

    今年8月,中国学者在《当代生物学》刊物上报道了在安徽省新杭镇附近发现的泥盆纪树干树根化石。这是迄今在亚洲地区所发现的最古老森林发现地,也是目前世界上第三个泥盆纪古老森林的发现地,因而意义十分重大。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。古老的植物属于一种名为石松类(lycopsids)的植物群,它们垂直岩层,分布相当密集。并与棕榈树相似,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。

    森林形成是地球陆地生态系统一次革命性的事件,它极大地完善了地球生态系统。自从有了森林,大陆自然环境焕然一新,不仅使大气富含氧离子,营造了适合动植物大发展的生态,还为那些更小的植物和昆虫创造出新型的微型环境,而且储存了大量的碳,并能将土壤联结在一起,影响了全球大气海洋环境,对全球气候的演变也产生了深远影响。

    不仅如此,远古森林还造就了当今人类所依赖的煤矿形成,为我们人类近代工业发展留存了一份极为珍贵的能源财富。

    (作者系中国科学院南京地质古生物研究所研究员,南京古生物博物馆名誉馆长,中国科普作家协会副理事长)


  • TEL:010-58884104
  • E-Mail:kepu@kepu.gov.cn
  • 如果您有任何意见或建议,请联系我们!
  • 版权所有:中国科普网
  • 京ICP备05022684号-3
  • 网站标识码:bm06000004