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进入二叠纪森林

在蒙古,2.98亿年前的植物化石描绘了恐龙出现之前的生活景象。

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插画:任玉高

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将近十年前,来自世界两端的科学家赫尔曼·普费费尔科恩(Hermann Pfefferkorn)和王俊(Jun Wang)来到内蒙古的贺兰山脉,在花岗岩石板中进行探险。从附近的化石发现来看,他们知道这里的山脉保存着恐龙时代之前的动植物。尽管研究人员曾多次徒步探访该区域,但这次他们注意到煤矿工人新近剥离出一层闪耀的白色火山岩。粗糙的沉积物上似乎印刻着黑色的印记。当他们爬上去查看时,才发现这些印记是成百上千的植物化石。“当我们劈开岩石时,我们看到了这些令人惊叹的保存状态,”宾夕法尼亚大学的古气候学家普费费尔科恩回忆道。

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去年四月,普费费尔科恩和中国科学院的古植物学家王俊描述了这次发现的全部规模:一片完整的古代沼泽森林,被封存在20多平方英里的火山灰之下。科学家们意识到,他们能够非常详细地重现2.98亿年前,也就是早二叠纪时期,出现在他们眼前的沼泽地貌。那时,地貌平坦,大部分地区水涝,绿意盎然。诸如Arthropleura——一种将近10英尺长的蜈蚣近亲——这样的动物在没有草的浅水中游弋,它们的脚掠过由腐烂植物构成的海绵状泥炭。像蜻蜓一样、翼展有一英尺的昆虫在潮湿的空气中嗡嗡作响,而一种厚重、长着粗大黑尖牙的原始蜘蛛——trigonotarbids——则栖息在树顶,史密森尼学会的古生物学家比尔·迪米切尔(Bill DiMichele)说道。在簇生的地面覆盖物和蕨类植物之上,细长的Sigillaria树高达80英尺,它们的顶端呈刷状;它们是今天登山者无意识踩踏的石松和矮小的地松的近亲。在一些区域,森林变得稀疏,蕨类灌木占主导地位。

该遗址以其发现地蒙古的乌达区命名为乌达凝灰岩。普费费尔科恩和王俊将其非正式地称为“植被的庞贝”。它提供了一个快照,展示了如今中国北方位于热带、向着亚洲大陆核心漂移的那个时代。地球的气候正从温室时代过渡到冰室时代,而现代爬行动物和哺乳动物的祖先(以及恐龙的先驱)已经开始从早期的大型两栖动物中出现。披着厚重盔甲的棘鲨,是早期有颌鱼类中的一种,在二叠纪的海洋中游弋。直到最近,人们对当时支撑食物链的植物群落知之甚少。“找到一片保存完好的景观,树木仍保留在原始位置,这是非常罕见的,”普费费尔科恩说。

他和王俊花了将近十年的时间来分析他们的化石宝藏。首先,他们移除了地表下的煤;曾经是森林地表的泥炭,在地壳内部高温和层层火山灰的压力下,发生了转变。接着,他们使用动力铲破开了近两英尺厚的坚硬火山灰,露出了里面的化石。至此,研究人员才开始进行识别古代植物的乐趣。他们测量、分类并记录了在一个四分之一英亩的区域内的三个地块中,超过3200棵独立植物的位置。在一个区域占主导地位的是Noeggerathiales,一种小型棕榈状植物,叶子下部有一圈深绿色的叶片,叶片下方是孢子囊。这些早已灭绝的树木是二叠纪挖掘中从未见过的。细长的Sigillaria出现在遗址的北部;而Cordaites,一种矮胖、丛生的现代常绿树的祖先,则主导着南部地区。

为了让这个失落的世界重现生机,普费费尔科恩和王俊与中国艺术家任玉高合作,根据他们的化石清单创作了写实的绘画(其中一幅在上面展示)。 resulting work depicts the oldest Permian peat habitat ever reconstructed, and is the only forest reconstruction in Asia mapping the actual location of plants. (创作的作品描绘了有史以来最古老的二叠纪泥炭栖息地的重建,也是亚洲唯一一个绘制了植物实际位置的森林重建图。)

蕨类植物 这些Pecopteris树蕨(a, c-f)八英尺长的叶子形成了郁郁葱葱、茂密的中层树冠。这些占主导地位的植物高达20英尺,它们的根部密集地聚集在一起,形成了一个伸展到树干三分之二高度的壮观根系。由此形成的缠绕网络为小型动物、数百种昆虫和较小的植物提供了庇护所,它们依附在Pecopteris的根部之上,不断地寻求阳光。相对矮小的Nemejcopteris feminaeformis(b),一种草本蕨类,则避开了Pecopteris,生长在森林未被遮蔽的区域,以便不受阻碍地生长。—艾玛·布莱斯(Emma Bryce)

孢子植物 像现代的苔藓和蕨类一样,这些植物依赖于爆发式的空气传播孢子(而非花粉)来繁殖。Asterophyllites longifolius(a-b)看起来很像今天无叶、多茎的问荆。Sphenophyllum oblongifolium(c-d)是一种小型的、杂草状的灌木,成片生长。Sigillaria(e-f)是柱状的树,有草状的顶冠,平均高65英尺。它们展示了成簇的狭窄棕色孢子囊(g)。普费费尔科恩说,这种高耸的树看起来不像我们今天所知的任何东西;它最近的近亲是矮小的石松和地松。—E.B.

种子植物 圆形的种子(d)可能从Cordaites树(a-b)上掉落。这些树是现代常绿树的矮胖、丛生的上层祖先。Cordaites最像我们今天所知的树:枝条向外扇开,形成高大现代树木的圆形,而一束束皮革状的叶子从每根树枝的末端长出。它们的繁殖器官可在化石(b)中看到。苏铁(c, e)通常粗壮,顶冠长有大型、坚硬的常绿叶片。—E.B..

孤立的植物 乌达凝灰岩的所有化石植物都有现代的近亲,除了这一组稀有标本。“这里有一种植物群,它们真的在走自己的路,”普费费尔科恩说。对这些进化死胡同的重建揭示了异国情调的、类似棕榈的植物,称为Noeggerathiales(a-d),它们的叶子夹杂着更尖锐的叶片。Paratingia(e-j)看起来与Noeggerathiales相似,叶片大小不一。普费费尔科恩说,此前也曾发现过这些植物的化石,并“一直被认为是与众不同且非凡的东西”。但它们从未像在乌达凝灰岩中这样占据主导地位。—E.B.


不适合野餐的地方 这个沼泽中潜伏着巨型昆虫和恐龙的爬行动物先驱。古生物学家比尔·迪米切尔(Bill DiMichele)说,当时的植被如此茂密,“人类必须用砍刀才能劈开它。”

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