“植物庞贝城”发现种子植物的姊妹类群破解百年谜团

央视新闻客户端 央视新闻客户端 2021年03月10日 10:26 A-A+
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种子植物是一类具有维管组织且能够用种子繁殖的植物，一般认为是由蕨类植物经前裸子植物演化而来。近日，中国科学院南京地质古生物研究所领导的国际团队在内蒙古乌海“植物庞贝城”中发现了大量保存完整的瓢叶目植物化石，确认了它具有蕨类植物的孢子繁殖方式，同时又具有种子植物的木材结构，是种子植物的姊妹类群——前裸子植物——的一员，解决了困扰古植物学界近百年的谜团。相关研究成果北京时间9日在国际学术期刊《美国科学院院报》发表。

瓢叶目包括20余属50余种，是常见于煤系地层的一组古老植物类群，主要生活在3.3亿到2.5亿年前，在二叠纪末大灭绝事件中消失。它是华夏植物群的特色和代表类群之一，也是石炭-二叠纪植物群中最常见，但研究最薄弱的一组植物。其植物系统分类位置从1931年该目建立以来始终是个谜团，曾被认为是真蕨类、楔叶类、前裸子植物，或者一个独立的分类单元。之所以无法定论，关键在于缺乏植物的整体形态和内部解剖信息；已有的化石材料十分差强人意，较碎小，更无解剖学特征。这些关键特征的突破，有赖于完整而兼有内部解剖结构保存的化石标本的发现。

由王军研究团队2012年命名和发表于《美国科学院院报》的乌海“植物庞贝城”，是大约三亿年前的赤道低纬度热带雨林地区，雨水丰沛，阳光充足，为广阔的沼泽平原。当时，在乌海市乌达区西北方忽然发生了一场规模巨大的火山喷发，炙热的火山灰飘落下来，终结了这个盛极一时的森林王国。火山灰将所有的植物封存起来，避免了腐烂或被其他生物体吞噬，3亿年后的今天，大量保存完好的植物化石得以面世。透过火山灰中保存下来的植物化石，为揭开古植物学最大的谜团之一——瓢叶目的前世今生提供了机会。来自内蒙古乌海“植物庞贝城”的瓢叶目家族新物种Paratingiawuhaia（乌海拟齿叶），同时具有孢子植物的繁殖方式和裸子植物的木材结构，因此属于典型的前裸子植物。这一发现揭示了孢子植物向种子植物演化进程的重要环节，彻底解决了瓢叶目在生命演化树中的位置，即系统分类属性及其亲缘关系。从此，瓢叶目植物可以走进生命树，载入教科书。相关研究成果由中国科学院南京地质古生物研究所、植物研究所、沈阳师范大学、英国伯明翰大学、美国印第安纳大学、宾夕法尼亚大学、捷克科学院地调所、西波西米亚博物馆、奥地利维也纳大学等机构组成的国际研究团队共同完成。

此次发现的新物种“乌海拟齿叶”整个树冠得以保存，同时繁殖果穗和叶子外观形态及内部结构兼有保存。这正是该新种的化石产地内蒙古乌达煤田，即“植物庞贝城”这个植物化石宝库的珍贵而巨大优势——化石保存完好。通过对“乌海拟齿叶”的整体复原研究，科研人员认为它与种子植物的亲缘关系比与蕨类植物更密切，而且“乌海拟齿叶”演化出了由叶子变化而来的复杂的似球果繁殖器官孢子囊穗。因此，可以确认“乌海拟齿叶”和它所属的瓢叶目属于前裸子植物——这类植物最早见于泥盆纪，并由此演化出了种子植物。另一方面，瓢叶目的地质年代是从早石炭世到二叠纪末，这一发现将前裸子植物的地质时间范围延长了大约6000万年（原来认为是从中泥盆世3.9亿年—晚石炭世3.1亿年绝灭；现在应该是中泥盆世-石炭-二叠纪末）。这同时表明，在种子植物分化出来（3.6亿年的晚泥盆世）之后的大约1.1亿年间，以瓢叶目为代表的前裸子植物持续多样化，直至二叠纪末。换言之，在泥盆-石炭-二叠纪时期，种子植物的祖先——前裸子植物，在最早的种子植物分化出来之后，也逐步呈现多样化，并独立发展出类似于球果的繁殖器官，并没有像先前认为的那样迅速灭绝。尽管瓢叶目植物的繁殖能力非常强大，但在二叠纪末大灭绝期间，它们也是环境和气候变化影响的受害者。这次大灭绝毁灭了全球的沼泽生态系统，而伴随着赖以生存的环境消失的，瓢叶目也随之灭绝。

（总台央视记者帅俊全）

（编辑邢程）

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