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新疆硅化木研究解密最古老树木生长模式
2017-10-26 | 编辑: | 【

  泥盆纪,尤其是中泥盆世至晚泥盆世时期(距今约3.9-3.6亿年),是陆生植物演化与分异的重要时期,古环境发生了剧烈变化,使这一时期成为陆地生态系统发展的关键节点。     

  中泥盆世时期,地球上出现了最早的森林,大气二氧化碳的浓度发生了地质历史中最大幅度的降低。至晚泥盆世时期,森林已经拓展至当时全球的主要陆块,大气二氧化碳的浓度已经降至与现代相当的水平,最早的四足动物(两栖类)已经适应了陆地生活。陆地生态系统在中泥盆世的完善与发展对其后包括人类在内的所有陆地生物的起源和演化都产生了深远的影响。     

  古植物学者已经通过美国纽约州等地的化石材料证实,最早的森林出现在中泥盆世晚期,主要是由枝蕨类植物(Cladoxylopsida)所构成。枝蕨类植物的显著特点是其解剖结构中具有多枚独特的,呈分枝状的木质部束。     

  目前对于构成最早森林的枝蕨类植物化石,仅有铸型和压型保存的化石材料,通过这些只能了解植物体的外部形态。植物的生长包括增高和增粗两个方面,只有达到一定粗壮程度的植物才能足够高大,也才能够构成森林。     

  植物的解剖结构记录了植物体的生长发育信息,只有通过对植物解剖结构的研究,才能了解植物体生长过程,尤其是至关重要的植物如何加粗生长。构成泥盆纪森林的植物往往外部形态相近,而内部解剖结构和生长模式往往具有显著差异。     

  中国科学院南京地质古生物研究所的徐洪河研究员、王怿研究员,唐鹏副研究员、傅强副研究员等人在我国新疆塔城地区开展了多年的地层古生物学野外考察工作,采集并研究了对该地区独特而精美保存的多门类化石。目前,该研究团队联合英国Cardiff大学的C M Berry博士以及美国纽约州的W Stein教授对新疆塔城地区晚泥盆世(距今约3.7亿年)硅化保存的枝蕨类化石取得了重要的、理论性的研究进展。     

  新疆塔城地区硅化保存的植物化石显示出了枝蕨类植物独特的内部解剖结构。这种枝蕨类植物就是构成地球上最早森林的植物,此前曾在美国纽约州等地的相关地层中有所报道。     

  尽管新疆硅化保存的这批化石并不是地球上最早的枝蕨类植物,但是,通过对它们内部“骨骼”的研究,识别出了枝蕨类植物类群加粗生长的模式,重建了枝蕨类植物的生长模型。     

  新疆硅化保存的枝蕨类植物最大直径达70厘米,是最早的硅化木,其内部结构独特,至少30枚独立的茎维管束交错排列,构成双环状的圆柱形维管束群,维管束群外围布满了根,这些维管束均具有明显的次生木质部和加粗生长,也具有生长轮(年轮)。此类枝蕨类植物的茎维管束彼此交错成复杂的立体网格,植物体在生长过程中,通过增大单个茎维管束的直径以及不断分生出新的根,而改变维管束群的立体网格结构,进而完成加粗生长,同时,植物也变得越发高大。构成早期森林的枝蕨类植物这种加粗生长的方式与现代植物中的某些单子叶植物具有一定的相似性。     

  该研究是古植物学领域的理论性研究,对于早期陆生植物的演化、陆地生态系统的发展以及现代生物学的相关研究均具有重要的参照。相关研究成果于北京时间20171024日在线发表在《美国科学院院报》(PNAS)。    

  论文相关信息:Xu H-H, Berry CM, Stein W, Wang Y, Tang P, Fu Q. 2017. Unique growth strategy in the Earth’s first trees revealed in silicified fossil trunks from China. PNAS.  

  国际媒体相关报道:

Science:http://www.sciencemag.org/news/2017/10/world-s-first-trees-grew-splitting-their-guts

Nature:https://www.nature.com/articles/d41586-017-04995-w

The Scientist:http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/50711/title/The-Weird-Growth-Strategy-of-Earth-s-First-Trees/

EurekAlert!:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-10/caos-rpe102317.php

Independent:http://www.independent.co.uk/news/science/tree-structure-mystery-china-scientists-baffled-a8016276.html

  国内媒体相关报道:

中央电视台:http://tv.cntv.cn/video/C10598/de157610ebc74bdeaa58f29359dc7622

新华社:http://news.xinhuanet.com/2017-10/24/c_1121848779.htm

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