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來源標(biāo)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)大會上，國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(以下簡稱“國際地科聯(lián)”)公布了第二批100個世界地質(zhì)遺產(chǎn)地名錄，中國有3處入選，“烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地”是其中之一。

烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地為何被稱為“植物龐貝城”?有怎樣的科學(xué)價值?目前的研究情況如何?

全球唯一的二疊紀“植物龐貝城”

烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地指的是內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市烏達煤田內(nèi)埋藏保存的二疊紀化石森林。

2.98億年前，整個華北地區(qū)還是沉浸在汪洋中的一個大島嶼，烏達地區(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。

烏達二疊紀植被化石產(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，這里原封不動地保留了神廟、街道、民居等。基于此，負責(zé)烏達二疊紀植被化石產(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)的研究團隊將該產(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》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)地進行介紹時這樣寫道：烏達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)提供了一個獨特的窗口，超過50個物種分類說明了該區(qū)域高度的生物多樣性。烏達化石代表了一個被稱為二疊紀“植物龐貝城”的遠古森林的特殊記錄。

“目前，不完全統(tǒng)計顯示，全球發(fā)現(xiàn)的動物化石埋藏點可能不少于50萬，植物化石埋藏點可能有10余萬，但是公認的保存方式與‘植物龐貝城’基本相同的只有5個。這里是唯一一個處于二疊紀最早期的，準(zhǔn)確地說是處于石炭紀與二疊紀之交。”王軍告訴記者。

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展不及烏達植被化石產(chǎn)地。

“植物龐貝城”研究團隊目前的研究進展表明，烏達“植物龐貝城”囊括5項世界之最：最大面積的遠古森林實際復(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)烏達化石的線索，也是烏達化石產(chǎn)地之所以具有重大科學(xué)價值的重要原因。

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，尤其擅長石炭紀植物和地層的研究。20世紀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。

王軍對這個化石進行了仔細的修理和技術(shù)分析，鑒定后確認這是瓢葉目中的一個新種，后來在他的博士后出站報告《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)時的實驗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行野外科考。2003年，王軍與美國賓夕法尼亞大學(xué)費弗科恩教授一同前往賀蘭山脈，后者主要從事石炭-二疊紀地層和植物研究，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，他們認為很可能是樹蕨、科達和瓢葉目擬齒葉屬。

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)這并非以往文獻中認為的湖相粘土巖，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。團隊還曾發(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)原后高達二十幾米。

烏達化石標(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)團隊發(fā)掘到8000平方米的時候，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。”王軍介紹，特別是在瓢葉目研究方面取得了突破性成果。

在二疊紀末大滅絕事件中，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謎團。

2015年，王軍團隊在烏達找到了內(nèi)部結(jié)構(gòu)保存完好的擬齒葉，隨后數(shù)年中，團隊又多次發(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，王軍更想了解整個森林的奧秘。

烏達化石產(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，每個點位是一棵植物，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，無法確認屬于蘇鐵。而烏達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個月，地表有淺層水體覆蓋，其余4個月，陸地會露出，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，或遷移或進化或滅絕等，烏達化石產(chǎn)地所處的地質(zhì)歷史時期為研究現(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塊左右的動物化石，為什么數(shù)量和種類都那么少?

王軍告訴記者，一個化石點的研究是無窮無盡的。“技術(shù)一直向前發(fā)展，每一代人的認識有一定的局限，相信這些未解之謎在未來會一一揭開。”

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內(nèi)蒙古烏達二疊紀植被化石專題展開展

日前，“內(nèi)蒙古烏達二疊紀植被化石專題展”在內(nèi)蒙古自然博物館開展。

此次展覽分為3個單元，“烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地”單元通過圖文展板的方式介紹了烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地的形成過程，揭開了深藏地下約3億年的古植物化石的神秘面紗;“植被化石寶庫”單元展示了石松類、有節(jié)類、瓢葉類、蕨類、種子蕨類、原始松柏類、蘇鐵類等烏達二疊紀時期沼澤森林植物類群，其中包括已經(jīng)滅絕的孢子植物——瓢葉類擬齒葉的完整樹冠標(biāo)本、世界上最古老的蘇鐵等珍貴的植被化石標(biāo)本;“研究與保護”單元介紹了烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地植物化石的發(fā)現(xiàn)過程以及相關(guān)研究成果。展覽充分利用內(nèi)蒙古自然博物館館藏標(biāo)本，通過圖文、互動、實物等多種形式開展科普宣傳，讓公眾更加深入了解烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地的成因、植物類群及其重要價值，進一步推動古植被化石的研究與保護。

據(jù)了解，目前，內(nèi)蒙古已出臺《“內(nèi)蒙古烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地”保護工作方案》，組織科研機構(gòu)和地方力量，全力做好烏達二疊紀植被化石產(chǎn)地保護工作。