“植物庞贝”揭开远古植物身世之谜

周卫明

火山活动的“双刃剑”

2.98亿年前，华北板块的西缘由于板块俯冲作用火山活动频繁，大量喷涌而出的火山物质在空中飞舞，奔向不同的远方。中国内蒙古自治区乌海市乌达区距离华北板块西缘有100多千米，没有遭受火山活动的袭击和高温的炙烤。相反，漫天飘落、堆积的火山灰成为植物的养分来源，使得这里森林茂密、草木繁盛。然而好景不长，一场更大规模的火山活动打破了宁静，这一次火山灰沉降堆积的厚度足足有1.5米。矮一些的地被植物，由于隔绝空气直接断了生机。而高一些的树木，因不堪火山灰的重负，断枝残叶散落一地，仅剩那依然挺立的树桩，整片沼泽森林就此被封存在厚厚的火山灰中。

打开“植物庞贝”的城门

历经近3亿年的地质压实作用（沉積物在上覆沉积重荷作用下，水分不断排出，孔隙度不断降低，体积不断缩小而成为固结的岩石），这片沼泽森林早已被深埋地底。然而，得益于人们对煤炭资源的开采，这层火山灰时常暴露于乌达煤田的各个角落。在来来往往的地质考察中，它一直被当作是湖相泥岩，神秘的面纱一直无人揭开。1999年，中国科学院南京地质古生物研究所的王军博士，在追寻瓢叶目植物化石足迹的过程中，来到了乌达煤田。他惊叹于此地瓢叶目植物化石保存得精美，却浑然不知自己身处特异埋藏的远古森林之中。直至2003年，王军博士发现了一棵棵倔强挺拔的直立树桩，才意识到这是植物化石原地埋藏的直接证据。由于其保存方式与意大利“庞贝古城”颇为相似，王军博士将这一化石森林宝库命名为“植物庞贝”。

植物化石的家园

大多数情况下，植物化石的埋藏都要经历凋落、搬运、堆积等步骤。在第一个步骤中，植物体多以碎片的器官，如叶、茎、繁殖器官等形式保存，难以获得植物的整体信息。在第二个步骤中，植物碎片一般要经过水流的搬运作用运输至沉积区，这一过程不仅会进一步破坏植物碎片，还会因为浮力的差异发生分选，质地越轻的植物碎片搬运的距离就越远。于是，同一片栖息地的植物化石就这样被运送至不同的下游沉积区域。与此相反，在第三个步骤中，不同栖息地的植物碎片也很可能搬运至同一沉积区域保存，还易与沉积区域原本生长的植物类群混杂在一起。在这些不确定因素的影响下，想要真实地复原某一栖息地生长时期的群落面貌几乎是不可能的。然而，当一些极端的地质事件发生时（如火山活动、地震），区域性的植被很可能在极短时间内（几个小时至几个月）伴随着沉积物埋藏下来。这种原地埋藏保存的方式，让古植物学家能够更准确地复原远古森林的真实面貌。

“植物庞贝”珍贵之处

仔细回想一下你在博物馆所能看到的植物化石，是不是基本上都是植物的单一器官，整体样貌不得而知？然而，在“植物庞贝”化石森林宝库中，植株整体被火山灰快速地掩埋起来。由于火山灰沉降过程中的机械破坏作用，植物保存为器官碎片化石的情况普遍发生，但它们一般分布于母体植物的主干周围。另外，质地细腻的火山灰也为植物内部结构的精细保存创造了条件。因此，“植物庞贝”的化石材料，不仅能清楚地展示植物整体的形态面貌，还能提供植物内部的解剖学特征和繁殖器官信息——这是古植物学家梦寐以求的化石材料！

瓢叶目植物身世之谜

瓢叶目植物化石自1833年首次被发现报道后，其确切的系统分类位置一直是个谜团。由于它的繁殖球果是具有孢子的，因此它被推测为可能属于楔叶纲、真蕨纲、前裸子或者某种独立的孢子植物类群。这一切疑问的源头，正是因其解剖学信息的匮乏。而在“植物庞贝”化石森林宝库里，保存有大量完整的瓢叶目树形化石，为解答这一百年谜团提供了契机。经过十多年的标本积累及深入研究，科研人员终于发现瓢叶目植物的茎干具有裸子植物（用种子而非孢子繁殖）的木材解剖特征，再结合其孢子繁殖的特征，最终确认，瓢叶目植物属于前裸子植物的范畴，属于孢子植物向种子植物过渡的中间形态。同时表明，前裸子植物在石炭纪（3.59亿～2.99亿年前）并没有随着种子植物的兴起而逐渐消亡，而是在二叠纪（2.99亿～2.52亿年前）一路繁盛，最终消亡于二叠纪-三叠纪之交的大灭绝事件中。

在“植物庞贝”化石森林宝库中，除了瓢叶目植物，科研人员还发现有早期苏铁、早期松柏，以及大量的石松、有节、真蕨和种子蕨植物。相信未来还将有更多的古植物学谜题在“植物庞贝”中得到解答。