化石中揭示的植物生命历程及其后代

文章转载自“地球杂志”

古今植物为地球增添亮色

姹紫嫣红、繁花似锦、根深叶茂、绿树成荫，用多少美妙的词句形容今天的植物世界都不为过。

植物装点着地球，通过光合作用为地球源源不断地输送氧气，为包括我们人类在内的各种生灵提供着食物、栖息场所等。

当古生物学家拨开被誉为“地球历史万卷书”的岩层，大量远古的植物便露出真容。虽然它们不能再生根发芽，但是通过研究，人类依稀瞥见古植物王国的繁荣景象，也能够为今天一些常见的植物寻祖溯源。

蓝细菌和藻类：一部古代地球运转的简史

养鱼的朋友都有这样的经验，如果把鱼缸放在阳光充足的房间，很快水会变绿，并且鱼缸四壁会生长出一层“绿苔”，这便是藻类和蓝细菌的“杰作”。藻类和蓝细菌是地球上出现最早的能够进行光合作用的生命形态，地球大气层中的氧气最早就是由水中这些微小生命制造的。

鱼缸壁上的藻类

不仅如此，它们在生长和代谢的过程中会吸收沉淀矿物质。当一层菌藻捕获足够的矿物质就会形成一个沉积层，日积月累就会形成具有明暗相间纹层的叠层石。经过科学家悉心研究，发现叠层石的纹层也是分单元的，从小到大依次可以划分为基本层、基本层组和叠层石带三个级别。

基本层被解释为昼夜节律，基本层组可以解释为月节律，叠层石带则可以看作是年节律。那么13亿年前的一个月有多少天，一年又多少天呢？首先我们要明确天和月的概念。一天就是昼夜交替一次，目前这种交替大约为24小时；一月就是月亮围绕地球一周，从月相上看也就完成一次盈亏周期，目前大约为30天。可是在13亿年前，科学家通过叠层石读出的日历却和现在大相径庭，那时月球绕地一周大约需要42天，而地球绕太阳一周大约需要546天。或许你会感叹要是生活在13亿年前，要546天才能过一个生日，时间会变得十分漫长。其实不然，因为那时一天才16小时，只是现在一天的三分之二。或许觉得没干什么一天就过去了，时间匆匆不等人在那时会体现得更加明显。

产自天津蓟县的元古宙藻叠层石 摄影/赵洪山

叠层石除了带给我们地球历史的信息，还是优质的建筑石材。很多墙砖和地砖都是以叠层石为原材料做的。一些叠层石大量产出的地方构成了独特的地质地貌景观，还建立了地质公园，例如天津蓟县。

蕨类：曾经布满北京西山沼泽的蕨类植物

藻类是地球上出现最早、也是最简单的植物。随着植物不断进化，一些藻类进化为苔藓地衣类，另一些藻类进化为早期的蕨类植物。

现代蕨类植物——木贼

蕨类植物真正迈出了植物从水生到陆生的关键一步，堪称登陆先锋。要在陆地上生存，特别是向内陆地区发展，需要三个硬性条件：首先由于陆地没有连续稳定的水分供给，植物只能吸收土壤中的水分，因此必须发育专门吸收土壤中水分的器官，一般是根或地下茎；其次，植物需要保持体内的水分，就必须具有防止水分散失，抵御紫外线辐射的结构；最后，也是最为重要的必须具有连接吸收区域与光合作用区域的疏导系统，也就是维管束。这样的结构在以云南工蕨为代表的早期蕨类植物中就已经出现。此外蕨类植物依靠孢子囊中孢子繁殖，这些孢子能够被风和流水传播到很远的地方，这也是其迅速征服陆地的重要原因。

蕨类植物大发展时期是石炭纪晚期到二叠纪早期，大约距今2.9亿年，那时我国北方地区遍布成片的森林和沼泽，留下了大量的蕨类植物化石。例如在北京门头沟的一些山头就出露大量黑色的泥页岩，这些泥页岩就是曾经沼泽中的淤泥，里面能发现羊齿类、芦木等大量蕨类植物化石。这些化石是亿万年前万绿丛中的幸运儿，更多远古的植物则经过地质作用变成了煤炭资源，为我们烧水做饭取暖提供了宝贵的能源。

#芦木

#云南工蕨

裸子植物银杏：

谁怜流落江湖上，玉骨冰肌未肯枯

银杏

晚古生代是蕨类植物的天下，但是一种更高等的植物正在悄然发展，这就是裸子植物。裸子植物和被子植物都称为种子植物。裸子植物的胚珠外面没有子房壁包被，不形成果皮，种子是裸露的。松柏、杉树、银杏等都是裸子植物。

“风韵雍容未甚都，尊前甘桔可为奴。谁怜流落江湖上，玉骨冰肌未肯枯。”这是宋代诗人李清照对于银杏的赞美。银杏是裸子植物家族中的一员，因树龄较长，祖孙三代都可以受益，又名公孙树。银杏在秋季之所以满树金黄，完全是叶片中色素的作用。秋季随着气温的下降，叶绿素的合成受阻。随着叶绿素不断分解消失，只剩下叶黄素和胡萝卜素，这使得扇形的银杏叶也由绿变黄。

银杏化石

银杏

最早的银杏出现在何时仍有争议，目前普遍认为这类植物是在3.6亿～3亿年前由前裸子植物演化而来。在法国2.7亿年前的地层中发现的一种叫毛状叶的银杏类植物化石，证实银杏出现在恐龙时代之前，并且经历了二叠纪末、三叠纪末以及白垩纪末三次生物大灭绝依然存活至今。但令人惊奇的是银杏真正的衰落期与这些大灭绝并不重合。化石证据表明在侏罗纪和早白垩世，银杏类处于发展的鼎盛期，而到了晚白垩世，也就是在大灭绝之前的几千万年就开始迅速衰落。进入新生代以来，银杏的衰落速度更加惊人，1000万年前就从北美大陆消失；170万年前，在欧洲也销声匿迹，东亚成为了最后的避难所。但近些年来随着银杏被广泛种植，在2010年银杏退出了濒危植物名录。

如今，远古走来的银杏继续服务着人类。银杏木结构细，质轻软，富弹性，易加工，有光泽，可供建筑、家具、室内装饰。银杏的种子，也就是俗称的白果，可供食用和药用，但因其具有一定毒性，需要进行处理。叶可作药用和制作农业肥料，还可制成杀虫剂。除此之外，银杏以其优美的树型以及秋季金黄色的叶子，常用作庭院和道路的景观用树。

1800万前的那片枫叶

枫树

当秋季到来，徜徉在枫林之中，很多人会被那迷人的红叶所陶醉。唐代诗人杜牧曾写下了“停车坐爱枫林晚，霜叶红于二月花”的千古名句。枫树为槭树科植物，在我国分布范围很广，在我国长江流域，横断山区大量分布。据统计，槭属全世界有200多种，我国就有100多种，从北方的温带阔叶林，针阔叶混交林到南方的亚热带山地森林都有槭树分布。那在亿万年前的史前时代，当时的生灵们也能欣赏到秋天的这一抹红色吗？一块化石给出的答案是，至少在1800万年前，山东山旺地区生活的动物能有幸目睹美丽的红叶。

产自山旺的枫叶化石

照片上的这片远古的枫叶产自山东山旺中新世的硅藻土岩层中，和它一起沉睡1800万年的还有大量其他植物化石，各种动物化石，一个远古的森林生态系统就此呈现在古生物学家的眼中。这是一片亚热带阔叶和常绿混交林，随着气候的变化，虽然树种会发生演替，但是槭树一直在这个森林中占据一席之地。目前在山旺地区至少发现9种槭树化石，包括阔叶槭、有尾槭、不裂槭、三叶槭、彩叶槭等。秋季到来，当天气转冷，枫叶中的叶绿素分解消失，花青素使得枫叶呈现迷人的红色，整个山旺地区呈现一派层林尽染的美景，这片森林还成为了许多动物的栖息地，其生物多样性甚至可以和今天的热带雨林相媲美。

今天的世界百花盛开，丛林密布，整个地球被植物装点得美丽而富饶。而植物的演化史，也是用化石和科学密码书写的不朽诗篇。对绿色世界的探索没有止境，随着更多的化石证据和未知现生植物种类的发现，人类将解开更多的未解之谜，并将这些认知转化为我们认识地球、认识世界的宝贵财富。

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院地质地球所立场

如需转载请联系原公众号