“植物龐貝城”發現種子植物的姊妹類群 破解百年謎團

種子植物是一類具有維管組織且能夠用種子繁殖的植物，一般認為是由蕨類植物經前裸子植物演化而來。近日，中國科學院南京地質古生物研究所領導的國際團隊在內蒙古烏海“植物龐貝城”中發現了大量保存完整的瓢葉目植物化石，確認了它具有蕨類植物的孢子繁殖方式，同時又具有種子植物的木材結構，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界近百年的謎團。相關研究成果北京時間9日在國際學術期刊《美國科學院院報》發表。

瓢葉目包括20余屬50余種，是常見於煤係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-二疊紀植物群中最常見，但研究最薄弱的一組植物。其植物系統分類位置從1931年該目建立以來始終是個謎團，曾被認為是真蕨類、楔葉類、前裸子植物，或者一個獨立的分類單元。之所以無法定論，關鍵在於缺乏植物的整體形態和內部解剖信息；已有的化石材料十分差強人意，較碎小，更無解剖學特徵。這些關鍵特徵的突破，有賴於完整而兼有內部解剖結構保存的化石標本的發現。

由王軍研究團隊2012年命名和發表于《美國科學院院報》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，雨水豐沛，陽光充足，為廣闊的沼澤平原。當時，在烏海市烏達區西北方忽然發生了一場規模巨大的火山噴發，炙熱的火山灰飄落下來，終結了這個盛極一時的森林王國。火山灰將所有的植物封存起來，避免了腐爛或被其他生物體吞噬，3億年後的今天，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，為揭開古植物學最大的謎團之一——瓢葉目的前世今生提供了機會。來自內蒙古烏海“植物龐貝城”的瓢葉目家族新物種Paratingiawuhaia（烏海擬齒葉），同時具有孢子植物的繁殖方式和裸子植物的木材結構，因此屬於典型的前裸子植物。這一發現揭示了孢子植物向種子植物演化進程的重要環節，徹底解決了瓢葉目在生命演化樹中的位置，即系統分類屬性及其親緣關係。從此，瓢葉目植物可以走進生命樹，載入教科書。相關研究成果由中國科學院南京地質古生物研究所、植物研究所、瀋陽師範大學、英國伯明翰大學、美國印第安納大學、賓夕法尼亞大學、捷克科學院地調所、西波西米亞博物館、奧地利維也納大學等機構組成的國際研究團隊共同完成。

此次發現的新物種“烏海擬齒葉”整個樹冠得以保存，同時繁殖果穗和葉子外觀形態及內部結構兼有保存。這正是該新種的化石産地內蒙古烏達煤田，即“植物龐貝城”這個植物化石寶庫的珍貴而巨大優勢——化石保存完好。通過對“烏海擬齒葉”的整體復原研究，科研人員認為它與種子植物的親緣關係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複雜的似毬果繁殖器官孢子囊穗。因此，可以確認“烏海擬齒葉”和它所屬的瓢葉目屬於前裸子植物——這類植物最早見於泥盆紀，並由此演化出了種子植物。另一方面，瓢葉目的地質年代是從早石炭世到二疊紀末，這一發現將前裸子植物的地質時間範圍延長了大約6000萬年（原來認為是從中泥盆世3.9億年—晚石炭世3.1億年絕滅；現在應該是中泥盆世-石炭-二疊紀末）。這同時表明，在種子植物分化出來（3.6億年的晚泥盆世）之後的大約1.1億年間，以瓢葉目為代表的前裸子植物持續多樣化，直至二疊紀末。換言之，在泥盆-石炭-二疊紀時期，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後，也逐步呈現多樣化，並獨立發展出類似于毬果的繁殖器官，並沒有像先前認為的那樣迅速滅絕。儘管瓢葉目植物的繁殖能力非常強大，但在二疊紀末大滅絕期間，它們也是環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系統，而伴隨著賴以生存的環境消失的，瓢葉目也隨之滅絕。

總臺央視記者 帥俊全