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【中国科学报】孢粉化石:显微镜下讲故事
2018-03-12 | 编辑: | 【
2018年3月2日 来源:中国科学报 
    中国科学报(袁一雪):“自从4亿年前植物登陆陆地以来,我们的天空可以很多天不下雨,但几乎没有一天不在下孢粉雨。这些化石一定以某种方式记录了它们所经历的一切,只是我们现在还缺少解读这些信息的手段,相信通过孢粉学家未来不断的努力和创新,孢粉学以后会大有可为。”  

  孢粉是孢子和花粉两种植物生殖配子体的简称。其中,孢子是孢子植物的雄性生殖细胞,花粉则是种子植物的雄性生殖细胞。将孢子与花粉研究合二为一的孢粉学,是研究这两者以及带有机质壁的微体化石(孢型化石)的一个学术分支,属于地质学和植物学的一个交叉领域。  

  中国科学院南京地质古生物研究所研究员刘锋就是研究孢粉学的学者之一。1月,刘锋与同事、中国科学院南京地质古生物研究所研究员欧阳舒、卢礼昌和朱怀诚共同编撰的《中国晚古生代孢粉化石》专著由中国科学技术大学出版社正式出版。书中收集了1960~2008年以来公开发表的有关文献及孢粉属种,共295属,2288种,是对我国晚古生代(包括少量晚志留世)孢粉化石50年研究成果的首次系统总结。  

  13年磨一剑  

  为了编撰《中国晚古生代孢粉化石》,刘锋花费了13年的时间。  

  2005年,开始硕士研究生学习的刘锋就开始搜集1960~2008年在我国发现的石炭纪的孢粉化石。“在这本书撰写前期,我主要负责搜集相关资料,但从2009年之后,由于本书的前两位作者的年事已高,身体状况也不佳,之后从2009年到2015年我和朱怀诚老师承担了全书大部分孢粉属种的描述与修订,文字修改与校对、图版排版等工作。”刘锋在接受采访时告诉《中国科学报》记者。  

  编纂图书的琐碎工作超出了刘锋的想象。“最记忆犹新的事情是在第二次审稿过程中发现我们全书的全字符、半字符和破折号等使用不统一。主要是因为微软Word对打印体的全字符与半字符的差别也不是很明确,所以致使全书不统一,而且书中还涉及到很多英文符号,所以工作异常复杂。”刘锋回忆道。为了让这些小小符号“整齐划一”,刘锋调整了整整三周,“当时我还承担着国家的科研基金工作,还要发表科研论文,所以只能加班熬夜来完成这些工作”。  

  最终,这套分为上、下两册的专著出版,内容按照时间顺序分为五章:第一章是晚古生代化石孢子、花粉系统分类下的属种描述;第二到第四章则分别总结了我国泥盆纪、石炭纪和二叠纪孢粉组合的演替序列,包括泥盆系—石炭系、石炭系—二叠系以及二叠系—三叠系的孢粉地层学界线;第五章探讨了若干理论上和生物地层上的问题,包括陆生维管束植物起源于早志留世的孢粉证据、我国石炭纪—二叠纪孢粉植物群分区、裸子植物花粉优势组合在我国石炭—二叠纪出现的时间和空间分布序列及其在植物学、地质学上的意义。  

  理想与现实  

  《中国晚古生代孢粉化石》出版意义重大,孢粉化石本身也极具研究意义。2004年,本科即将毕业的刘锋在其母校——中国地质大学(武汉)首次接触到了微体化石这门课程,其中涉及到不少孢粉学的内容。初次接触,刘锋发现孢粉学不仅可以开展科学研究,而且能为国民经济建设作贡献。于是,怀着满腔热情的刘锋在老师的推荐下,考取了中国科学院南京地质古生物研究所的硕士研究生,开始研究古生代孢粉学。  

  正式开始研究生学习后,刘锋之前研究孢粉学的热情很快被泼了一盆冷水,困难接踵而来。首先,由于孢粉太小,相较于恐龙、三叶虫等其他“明星”古生物门类化石在公众心中的知名度很低,所以孢粉学为研究手段的科研论文,除非是对于人类诞生以来气候变化有重大意义,否则很难发表在国际高级别综合科研期刊上。其次,孢粉学的工作量很大。“因为这类化石太小,所以大部分工作只能在显微镜下完成,而且这些工作并不能被一些机器所取代,只能凭借科学家一双肉眼,每天在成千上万个尘埃般大小的颗粒中寻找,所以,很多年纪较大的孢粉学家视力都不大好。”刘锋说。如此巨大的工作量也势必影响孢粉学相关科研论文的产出速度。  

  理想虽然被现实浇了冷水,但也让刘锋对这项研究领域有了更深入也更清醒的认识,“虽然在今天国内的科研评价体系下看,这个研究方向真的不具有什么吸引力,但是我个人认为孢粉学研究依然具有光明未来”。  

  刘锋研究的是古生代孢粉学。这一学科始于上世纪30年代,随着光学显微成像技术的出现和成熟,科学家慢慢发现了这些在地层中保存的微小化石。当时,英、德等工业强国在第一次工业化革命期间,需要大量的煤炭资源,而在煤炭的勘探开采过程中,涉及到很多煤层时代确定以及煤层划分对比的问题。而孢子花粉化石的产量巨大,被保存为化石的潜力也很大,是在陆相地层中最为常见的一类化石。很多地层学家逐渐认识到这类微小化石在大多数煤层中都普遍存在,可以被用作煤层划分与对比的化石标志,所以导致了之后的孢粉学研究繁荣。  

  “自从4亿年前植物登陆陆地以来,我们的天空可以很多天不下雨,但几乎没有一天不在下孢粉雨。这些化石一定以某种方式记录了它们所经历的一切,只是我们现在还缺少解读这些信息的手段,相信通过孢粉学家未来不断的努力和创新,孢粉学以后会大有可为。”刘锋笃定地说。

  小化石蕴藏大秘密  

  现在,刘锋的研究内容并不只局限于孢粉化石。  

  孢粉学,英文的Palynology一词源于希腊文动词paluno,有扩散或撒向四周之意,它是在实验室通过HCl-HF-HCl标准实验流程获得一系列的直径在200微米以下的有机壁类化石的总称。“除了很多来自陆地的孢子和花粉外,还有很多来自海洋的疑源类、沟鞭藻、几丁虫和虫牙等化石。如今,这些微体化石已经被广泛运用于煤炭、石油、天然气以及地下水等资源勘探过程遇到的地层划分与对比工作中,对于这些资源的勘探与开发具有重要意义。”刘锋介绍道。  

  同时,对于这些微小化石多样性演化的研究,也可以为研究不同地质历史时期陆地植被或海洋浮游植物的演变提供重要的证据,从而为研究古代气候、古环境和古生态的演变提供化石证据。  

  “特别是第四纪孢粉学的研究对于研究人类诞生以来的气候变迁以及气候对于人类演化和历史演进的影响都具有重要意义。”刘锋说,“但相较于第四纪孢粉学,前第四纪孢粉学还是一个有待深入研究的空白领域。第四纪以前90%以上的化石孢粉的母体植物基本不明确,如果能够知道这些孢粉化石是由哪些植物产出的,将会极大推动前第四纪孢粉学的研究。”  

  未来,刘锋会尝试使用能谱和光谱手段进一步推进相关研究。

【中国科学报】孢粉化石:显微镜下讲故事

显微镜下的孢粉







 
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