“植物龐貝城”復原圖

烏海擬齒葉化石

普氏封印木化石

火山凝灰岩層野外露頭。 本文配圖均由受訪對象提供

近日，在韓國舉辦的第37屆國際地質大會上，國際地質科學聯合會（以下簡稱“國際地科聯”）公布了第二批100個世界地質遺產地名錄，中國有3處入選，“烏達二疊紀植被化石產地”是其中之一。

烏達二疊紀植被化石產地為何被稱為“植物龐貝城”？有怎樣的科學價值？目前的研究情況如何？

全球唯一的二疊紀“植物龐貝城”

烏達二疊紀植被化石產地指的是內蒙古自治區烏海市烏達煤田內埋藏保存的二疊紀化石森林。

2.98億年前，整個華北地區還是沉浸在汪洋中的一個大島嶼，烏達地區處於北回歸線以南的低緯度熱帶區域，是一片生機盎然的熱帶雨林，這裡溫暖濕潤，長滿石鬆類、有節類、瓢葉類、蕨類、種子蕨類、原始鬆柏類、蘇鐵類等植物，高低錯落，郁郁蔥蔥。然而，一場規模空前的火山突然噴發，厚厚的火山灰飄到了這片森林，整片森林被就地掩埋。

烏達二疊紀植被化石產地的保存方式與龐貝古城遺址如出一轍。公元79年，維蘇威火山爆發，龐貝被掩埋在數米深的火山灰下，直到1748年被發掘，這裡原封不動地保留了神廟、街道、民居等。基於此，負責烏達二疊紀植被化石產地發掘的中國科學院南京地質古生物研究所所長王軍帶領的研究團隊將該產地命名為“植物龐貝城”，這一研究成果2012年在《美國科學院院報》發表后，引發了國際地質古生物學界的關注。

國際地科聯在對今年獲評的遺產地進行介紹時這樣寫道：烏達化石遺址是世界上重建植物化石數量最多的地方，也是世界上精確重建煤田植被實際景觀規模最大的地方，為了解植物群落生態提供了一個獨特的窗口，超過50個物種分類說明了該區域高度的生物多樣性。烏達化石代表了一個被稱為二疊紀“植物龐貝城”的遠古森林的特殊記錄。

“目前，不完全統計顯示，全球發現的動物化石埋藏點可能不少於50萬，植物化石埋藏點可能有10余萬，但是公認的保存方式與‘植物龐貝城’基本相同的隻有5個。這裡是唯一一個處於二疊紀最早期的，准確地說是處於石炭紀與二疊紀之交。”王軍告訴記者。

據了解，其他的類似於“植物龐貝城”保存的植物群位於美國、西班牙、捷克、德國，但受制於自然環境等因素的影響，種群豐富程度與科研進展不及烏達植被化石產地。

“植物龐貝城”研究團隊目前的研究進展表明，烏達“植物龐貝城”囊括5項世界之最：最大面積的遠古森林實際復原、最豐富的同期成煤植物群化石標本收藏、最古老的蘇鐵植物、最豐富的瓢葉目植物群落以及最多的化石植物整體重建。

稀有的原位埋藏化石森林

原位埋藏是王軍當初發現烏達化石的線索，也是烏達化石產地之所以具有重大科學價值的重要原因。

1997年，王軍在中國科學院南京地質古生物研究所博士后流動站做瓢葉目植物的研究，所裡的吳秀元老師送給他一小塊產自賀蘭山脈的瓢葉類植物礦化標本。吳秀元20世紀60年代初來到中國科學院南京地質古生物研究所，一直跟隨李星學院士從事地層古植物學研究，對賀蘭山華夏植物群等非常熟悉，尤其擅長石炭紀植物和地層的研究。20世紀80年代，吳老師在賀蘭山野外考察期間，偶然發現一塊已礦化的瓢葉目植物化石，雖然這個球果化石的直徑僅有2厘米，但結構保存完整，十分罕見。

王軍對這個化石進行了仔細的修理和技術分析，鑒定后確認這是瓢葉目中的一個新種，后來在他的博士后出站報告《瓢葉目一種孢子葉球盤穗的形態及解剖學研究》中將其命名為“中華盤穗”。這是當時發現的第一塊保存了內部解剖結構的瓢葉目植物化石，它為解決瓢葉目植物的系統歸屬提供了重要線索。但它的體積太小，當時的實驗條件無法展開更深入研究，王軍覺得有必要重返賀蘭山去找更多化石材料。

之后，王軍多次到賀蘭山進行野外科考。2003年，王軍與美國賓夕法尼亞大學費弗科恩教授一同前往賀蘭山脈，后者主要從事石炭-二疊紀地層和植物研究，在埋藏學和古環境學等領域成就斐然。這一次，他們雖沒有找到“中華盤穗”，但在烏達煤田紅旗煤礦6號和7號煤層之間，發現了一層約66厘米厚的植物化石層，綿延三十多米，包括一些直立的莖干，每隔三五米就有一根，這是之前沒有發現過的。經辨認，他們認為很可能是樹蕨、科達和瓢葉目擬齒葉屬。

這樣的發現令兩位科學家振奮，后來經過研究，發現這並非以往文獻中認為的湖相粘土岩，而是火山凝灰岩，表明其為火山灰特異埋藏。

王軍告訴記者，火山進行了一次連續噴發，森林是被一次性掩埋的，中間不存在火山噴發停止后，又有樹木新生長的情況。火山灰的飄落可能持續了數天甚至數月，當時埋下來的厚度約為1.2米—1.5米，由於上面又形成了煤層、岩石等，后經近3億年以來的地質作用，現在保存的厚度約為66厘米。

“一般化石中的植物都是躺著的、破碎的，但這裡的植物化石是站著的、完整的。展開的樹冠、倒伏的樹干，甚至還有纏繞的藤蔓、樹間的小草以及被昆虫咬食的植物葉片。”王軍介紹，烏達植被化石包括了石鬆類、有節類、蕨類、種子蕨類、前裸子植物、早期鬆柏植物和蘇鐵類植物共7大類50余種，具備了現代植被類群中除被子植物以外的各大類群。有著非常清晰的分層結構，包括高層喬木、低層喬木、層間植物、灌木層、地被層。團隊還曾發現了一棵完整的封印木，樹樁在岩石中，樹干倒伏，樹冠折斷但跟樹干還保存在一起，復原后高達二十幾米。

烏達化石標本目前發現的就超過了50種，多數都能夠進行整體重建研究，因此這裡將可能成為全球實現化石植物整體重建復原屬種最多的古植物學聖地，有望為古生物演化生命樹增添最多的化石植物新物種。

豐富古生物演化生命樹

據王軍介紹，這片化石遺產地處在煤層之間，目前為止，科研人員在35平方公裡的煤田區域陸續發掘了1萬平方米。

發掘過程中，許多發現在打破既有的認知。比如按照教科書，在中國的熱帶雨林，發掘2500平方米就可以覆蓋區域內的所有物種，但是當團隊發掘到8000平方米的時候，仍然有新物種出現。

“目前已經復原並完整重建了9種古植物。”王軍介紹，特別是在瓢葉目研究方面取得了突破性成果。

在二疊紀末大滅絕事件中，瓢葉目植物隨之消失，它是華夏植物群的特色和代表類群之一，在石炭-二疊紀植物群中最常見，但也是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。

2015年，王軍團隊在烏達找到了內部結構保存完好的擬齒葉，隨后數年中，團隊又多次發現具有相同內部解剖結構的擬齒葉，大量數據不僅証明果與葉同源，同時也顯示了這類植物的主干發育具有密木型的鬆柏類木材特征，至此終於確認瓢葉目屬於前裸子植物，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系。

除了樹木，王軍更想了解整個森林的奧秘。

烏達化石產地一塊3000平方米的發掘現場被畫滿了白色方格，這些就是定位點，每個點位是一棵植物，如果植物都被復原出來，就能真正做到“既見樹木，又見森林”，不僅可以了解單個植物的信息，更能了解到群落的生態。

在這裡，有最古老可靠的蘇鐵，以往發現的蘇鐵由於信息內容不完整，僅見葉片而缺乏繁殖器官，無法確認屬於蘇鐵。而烏達的蘇鐵則既有葉片又有繁殖器官，可以確定。

王軍告訴記者，從目前研究來看，這片森林裡最多的是樹蕨，其次是瓢葉目，而且發現有科達樹生長的地方，一定沒有封印木，反之亦然，兩者呈割據狀態。森林一年中有8個月，地表有淺層水體覆蓋，其余4個月，陸地會露出，這些都是成煤的條件。而到底是哪些植物能夠變成煤炭，長期以來缺乏直觀而清晰的証據，烏達化石產地展現出的成煤植物群落組成，成為研究的一條重要線索。

他還介紹，石炭-二疊紀之交的地球氣候環境與當前十分相似，南北兩極覆冰，當時地球正經歷冰室氣候向溫室氣候轉換，現在也正在從第四紀以來的冰室氣候過渡到溫室氣候，氣溫逐漸升高，極端天氣頻發，植物為了適應氣候也要發生變化，或遷移或進化或滅絕等，烏達化石產地所處的地質歷史時期為研究現代植被適應冰室過渡到溫室的變化提供了重要參考，對糧食生產有重要意義。

“植物龐貝城”的研究雖然已經進行了20多年，但仍有許多未解之謎，比如在如此豐茂的熱帶雨林，僅發現蠍子等10塊左右的動物化石，為什麼數量和種類都那麼少？

王軍告訴記者，一個化石點的研究是無窮無盡的。“技術一直向前發展，每一代人的認識有一定的局限，相信這些未解之謎在未來會一一揭開。”

延伸閱讀

內蒙古烏達二疊紀植被化石專題展開展

日前，“內蒙古烏達二疊紀植被化石專題展”在內蒙古自然博物館開展。

此次展覽分為3個單元，“烏達二疊紀植被化石產地”單元通過圖文展板的方式介紹了烏達二疊紀植被化石產地的形成過程，揭開了深藏地下約3億年的古植物化石的神秘面紗﹔“植被化石寶庫”單元展示了石鬆類、有節類、瓢葉類、蕨類、種子蕨類、原始鬆柏類、蘇鐵類等烏達二疊紀時期沼澤森林植物類群，其中包括已經滅絕的孢子植物——瓢葉類擬齒葉的完整樹冠標本、世界上最古老的蘇鐵等珍貴的植被化石標本﹔“研究與保護”單元介紹了烏達二疊紀植被化石產地植物化石的發現過程以及相關研究成果。展覽充分利用內蒙古自然博物館館藏標本，通過圖文、互動、實物等多種形式開展科普宣傳，讓公眾更加深入了解烏達二疊紀植被化石產地的成因、植物類群及其重要價值，進一步推動古植被化石的研究與保護。

據了解，目前，內蒙古已出台《“內蒙古烏達二疊紀植被化石產地”保護工作方案》，組織科研機構和地方力量，全力做好烏達二疊紀植被化石產地保護工作。

（據《內蒙古日報》）

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