“植物龐貝”揭開遠古植物身世之謎

周衛明

火山活動的“雙刃劍”

2.98億年前，華北板塊的西緣由于板塊俯沖作用火山活動頻繁，大量噴涌而出的火山物質在空中飛舞，奔向不同的遠方。中國內蒙古自治區烏海市烏達區距離華北板塊西緣有100多千米，沒有遭受火山活動的襲擊和高溫的炙烤。相反，漫天飄落、堆積的火山灰成為植物的養分來源，使得這里森林茂密、草木繁盛。然而好景不長，一場更大規模的火山活動打破了寧靜，這一次火山灰沉降堆積的厚度足足有1.5米。矮一些的地被植物，由于隔絕空氣直接斷了生機。而高一些的樹木，因不堪火山灰的重負，斷枝殘葉散落一地，僅剩那依然挺立的樹樁，整片沼澤森林就此被封存在厚厚的火山灰中。

打開“植物龐貝”的城門

歷經近3億年的地質壓實作用（沉積物在上覆沉積重荷作用下，水分不斷排出，孔隙度不斷降低，體積不斷縮小而成為固結的巖石），這片沼澤森林早已被深埋地底。然而，得益于人們對煤炭資源的開采，這層火山灰時常暴露于烏達煤田的各個角落。在來來往往的地質考察中，它一直被當作是湖相泥巖，神秘的面紗一直無人揭開。1999年，中國科學院南京地質古生物研究所的王軍博士，在追尋瓢葉目植物化石足跡的過程中，來到了烏達煤田。他驚嘆于此地瓢葉目植物化石保存得精美，卻渾然不知自己身處特異埋藏的遠古森林之中。直至2003年，王軍博士發現了一棵棵倔強挺拔的直立樹樁，才意識到這是植物化石原地埋藏的直接證據。由于其保存方式與意大利“龐貝古城”頗為相似，王軍博士將這一化石森林寶庫命名為“植物龐貝”。

植物化石的家園

大多數情況下，植物化石的埋藏都要經歷凋落、搬運、堆積等步驟。在第一個步驟中，植物體多以碎片的器官，如葉、莖、繁殖器官等形式保存，難以獲得植物的整體信息。在第二個步驟中，植物碎片一般要經過水流的搬運作用運輸至沉積區，這一過程不僅會進一步破壞植物碎片，還會因為浮力的差異發生分選，質地越輕的植物碎片搬運的距離就越遠。于是，同一片棲息地的植物化石就這樣被運送至不同的下游沉積區域。與此相反，在第三個步驟中，不同棲息地的植物碎片也很可能搬運至同一沉積區域保存，還易與沉積區域原本生長的植物類群混雜在一起。在這些不確定因素的影響下，想要真實地復原某一棲息地生長時期的群落面貌幾乎是不可能的。然而，當一些極端的地質事件發生時（如火山活動、地震），區域性的植被很可能在極短時間內（幾個小時至幾個月）伴隨著沉積物埋藏下來。這種原地埋藏保存的方式，讓古植物學家能夠更準確地復原遠古森林的真實面貌。

“植物龐貝”珍貴之處

仔細回想一下你在博物館所能看到的植物化石，是不是基本上都是植物的單一器官，整體樣貌不得而知？然而，在“植物龐貝”化石森林寶庫中，植株整體被火山灰快速地掩埋起來。由于火山灰沉降過程中的機械破壞作用，植物保存為器官碎片化石的情況普遍發生，但它們一般分布于母體植物的主干周圍。另外，質地細膩的火山灰也為植物內部結構的精細保存創造了條件。因此，“植物龐貝”的化石材料，不僅能清楚地展示植物整體的形態面貌，還能提供植物內部的解剖學特征和繁殖器官信息——這是古植物學家夢寐以求的化石材料！

瓢葉目植物身世之謎

瓢葉目植物化石自1833年首次被發現報道后，其確切的系統分類位置一直是個謎團。由于它的繁殖球果是具有孢子的，因此它被推測為可能屬于楔葉綱、真蕨綱、前裸子或者某種獨立的孢子植物類群。這一切疑問的源頭，正是因其解剖學信息的匱乏。而在“植物龐貝”化石森林寶庫里，保存有大量完整的瓢葉目樹形化石，為解答這一百年謎團提供了契機。經過十多年的標本積累及深入研究，科研人員終于發現瓢葉目植物的莖干具有裸子植物（用種子而非孢子繁殖）的木材解剖特征，再結合其孢子繁殖的特征，最終確認，瓢葉目植物屬于前裸子植物的范疇，屬于孢子植物向種子植物過渡的中間形態。同時表明，前裸子植物在石炭紀（3.59億～2.99億年前）并沒有隨著種子植物的興起而逐漸消亡，而是在二疊紀（2.99億～2.52億年前）一路繁盛，最終消亡于二疊紀-三疊紀之交的大滅絕事件中。

在“植物龐貝”化石森林寶庫中，除了瓢葉目植物，科研人員還發現有早期蘇鐵、早期松柏，以及大量的石松、有節、真蕨和種子蕨植物。相信未來還將有更多的古植物學謎題在“植物龐貝”中得到解答。