“植物龐貝城”發(fā)現(xiàn)種子植物的姊妹類群 破解百年謎團(tuán)

種子植物是一類具有維管組織且能夠用種子繁殖的植物，一般認(rèn)為是由蕨類植物經(jīng)前裸子植物演化而來。近日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)在內(nèi)蒙古烏海“植物龐貝城”中發(fā)現(xiàn)了大量保存完整的瓢葉目植物化石，確認(rèn)了它具有蕨類植物的孢子繁殖方式，同時(shí)又具有種子植物的木材結(jié)構(gòu)，是種子植物的姊妹類群——前裸子植物——的一員，解決了困擾古植物學(xué)界近百年的謎團(tuán)。相關(guān)研究成果北京時(shí)間9日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》發(fā)表。

瓢葉目包括20余屬50余種，是常見于煤系地層的一組古老植物類群，主要生活在3.3億到2.5億年前，在二疊紀(jì)末大滅絕事件中消失。它是華夏植物群的特色和代表類群之一，也是石炭-二疊紀(jì)植物群中最常見，但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(gè)謎團(tuán)，曾被認(rèn)為是真蕨類、楔葉類、前裸子植物，或者一個(gè)獨(dú)立的分類單元。之所以無法定論，關(guān)鍵在于缺乏植物的整體形態(tài)和內(nèi)部解剖信息；已有的化石材料十分差強(qiáng)人意，較碎小，更無解剖學(xué)特征。這些關(guān)鍵特征的突破，有賴于完整而兼有內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)保存的化石標(biāo)本的發(fā)現(xiàn)。

由王軍研究團(tuán)隊(duì)2012年命名和發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》的烏海“植物龐貝城”，是大約三億年前的赤道低緯度熱帶雨林地區(qū)，雨水豐沛，陽光充足，為廣闊的沼澤平原。當(dāng)時(shí)，在烏海市烏達(dá)區(qū)西北方忽然發(fā)生了一場(chǎng)規(guī)模巨大的火山噴發(fā)，炙熱的火山灰飄落下來，終結(jié)了這個(gè)盛極一時(shí)的森林王國(guó)?；鹕交覍⑺械闹参锓獯嫫饋?，避免了腐爛或被其他生物體吞噬，3億年后的今天，大量保存完好的植物化石得以面世。透過火山灰中保存下來的植物化石，為揭開古植物學(xué)最大的謎團(tuán)之一——瓢葉目的前世今生提供了機(jī)會(huì)。來自內(nèi)蒙古烏海“植物龐貝城”的瓢葉目家族新物種Paratingiawuhaia（烏海擬齒葉），同時(shí)具有孢子植物的繁殖方式和裸子植物的木材結(jié)構(gòu)，因此屬于典型的前裸子植物。這一發(fā)現(xiàn)揭示了孢子植物向種子植物演化進(jìn)程的重要環(huán)節(jié)，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。從此，瓢葉目植物可以走進(jìn)生命樹，載入教科書。相關(guān)研究成果由中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、植物研究所、沈陽師范大學(xué)、英國(guó)伯明翰大學(xué)、美國(guó)印第安納大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、捷克科學(xué)院地調(diào)所、西波西米亞博物館、奧地利維也納大學(xué)等機(jī)構(gòu)組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)共同完成。

此次發(fā)現(xiàn)的新物種“烏海擬齒葉”整個(gè)樹冠得以保存，同時(shí)繁殖果穗和葉子外觀形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)兼有保存。這正是該新種的化石產(chǎn)地內(nèi)蒙古烏達(dá)煤田，即“植物龐貝城”這個(gè)植物化石寶庫的珍貴而巨大優(yōu)勢(shì)——化石保存完好。通過對(duì)“烏海擬齒葉”的整體復(fù)原研究，科研人員認(rèn)為它與種子植物的親緣關(guān)系比與蕨類植物更密切，而且“烏海擬齒葉”演化出了由葉子變化而來的復(fù)雜的似球果繁殖器官孢子囊穗。因此，可以確認(rèn)“烏海擬齒葉”和它所屬的瓢葉目屬于前裸子植物——這類植物最早見于泥盆紀(jì)，并由此演化出了種子植物。另一方面，瓢葉目的地質(zhì)年代是從早石炭世到二疊紀(jì)末，這一發(fā)現(xiàn)將前裸子植物的地質(zhì)時(shí)間范圍延長(zhǎng)了大約6000萬年（原來認(rèn)為是從中泥盆世3.9億年—晚石炭世3.1億年絕滅；現(xiàn)在應(yīng)該是中泥盆世-石炭-二疊紀(jì)末）。這同時(shí)表明，在種子植物分化出來（3.6億年的晚泥盆世）之后的大約1.1億年間，以瓢葉目為代表的前裸子植物持續(xù)多樣化，直至二疊紀(jì)末。換言之，在泥盆-石炭-二疊紀(jì)時(shí)期，種子植物的祖先——前裸子植物，在最早的種子植物分化出來之后，也逐步呈現(xiàn)多樣化，并獨(dú)立發(fā)展出類似于球果的繁殖器官，并沒有像先前認(rèn)為的那樣迅速滅絕。盡管瓢葉目植物的繁殖能力非常強(qiáng)大，但在二疊紀(jì)末大滅絕期間，它們也是環(huán)境和氣候變化影響的受害者。這次大滅絕毀滅了全球的沼澤生態(tài)系統(tǒng)，而伴隨著賴以生存的環(huán)境消失的，瓢葉目也隨之滅絕。

總臺(tái)央視記者 帥俊全