新杭森林的小樹可能生活在海岸附近的沼澤環(huán)境中，如上圖所示。
從粘土礦墻上探出頭來(lái)的小樹化石最初看起來(lái)并不惹眼。但隨著更多細(xì)長(zhǎng)化石的出現(xiàn)，古植物學(xué)家王德明和秦敏（音譯）漸漸意識(shí)到，他們身處一片古老的森林之中。
在中國(guó)安徽省新杭鎮(zhèn)附近發(fā)現(xiàn)的這些樹木化石可以追溯到大約3.65億年前，占地至少25公頃，大約相當(dāng)于47個(gè)美式足球場(chǎng)那么大。研究人員近日發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上的報(bào)告稱，它迄今為止是亞洲發(fā)現(xiàn)的最古老的森林。
這些史前樹木與棕櫚樹相似，樹干無(wú)枝，樹冠多葉，像桿子一樣筆直生長(zhǎng)，與我們現(xiàn)在所見的分枝較多的樹木有所不同。它們的根系異常發(fā)達(dá)，為石炭紀(jì)沼澤森林的形成奠定了基礎(chǔ)，并逐漸演化成為今天開采的大部分煤炭。
“這就是引發(fā)工業(yè)革命的原因，”Christopher Berry說(shuō)道，他是研究森林生長(zhǎng)的古植物學(xué)家?！斑@是我們現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)；我們第一次在這片森林中看到的這樣的根狀結(jié)構(gòu)?！?/p>
追蹤古老的莖稈
2016年，秦敏和王德明例行視察粘土礦時(shí)發(fā)現(xiàn)了新杭森林的第一塊化石，當(dāng)時(shí)他們正在礦場(chǎng)的外墻上搜尋古老生命的痕跡。尋找過程中，他們發(fā)現(xiàn)了多塊植物莖化石，其中許多保存完好。
這些古老的植物屬于一種名為石松類（lycopsids）的植物群，它們大都像桿子一樣筆直地向上生長(zhǎng)。新杭鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)的古樹一開始是單株莖，葉子很窄，一旦成年，它就會(huì)分裂出一個(gè)下垂的樹冠，每個(gè)樹冠上都長(zhǎng)有一個(gè)充滿孢子的圓錐體。
新杭發(fā)現(xiàn)的這片古森林的特點(diǎn)是樹木像桿子一樣筆直向上生長(zhǎng)，它們的莖上長(zhǎng)有狹窄的葉子。一旦成熟，樹頂就會(huì)分裂成下垂的樹冠，樹冠上還會(huì)結(jié)出一個(gè)充滿孢子的圓錐體。
圖片提供：DEMING WANG
這片森林的確切環(huán)境還有待研究，為了找出更多線索，有必要對(duì)沉積物進(jìn)行進(jìn)一步分析，Berry說(shuō)道。目前看來(lái)，這些樹很可能生長(zhǎng)在曾經(jīng)經(jīng)常被洪水淹沒的沿海沼澤中。
很可能有過一場(chǎng)洪水，攜帶了大量泥沙，樹木很快被沉積物掩埋了。雖然更多的樹苗最終生根發(fā)芽，但洪水很快再度襲來(lái)，又將它們淹沒。有些樹木的樹干部分腐爛了，之后灌滿了沉積物，而其他部分，比如樹根，則礦化成了黑色的化石，與周圍的淺色巖石形成了鮮明的對(duì)比。
臨沂大學(xué)的秦敏在一封電子郵件表示，這些發(fā)現(xiàn)給“我們提供了一本關(guān)于那個(gè)世界的歷史書”。
雖然古森林很廣闊，但以現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，這些樹可能相對(duì)粗短。研究小組根據(jù)樹干的厚度估計(jì)這些樹大多不到3米高。
研究人員面臨的挑戰(zhàn)在于，許多細(xì)長(zhǎng)的樹干在石化過程中斷裂，所以很難確定它們的高度。保守估計(jì)大概在1.5米到1.8米左右，Patricia Gensel說(shuō)道，她來(lái)自北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校，專門研究泥盆紀(jì)時(shí)期(4.16億到3.59億年前)的植物。
“這片森林的高度可能與我們的身高差不多，”她說(shuō)。
樹木發(fā)展史上的創(chuàng)新
新杭的古森林可以追溯到樹木發(fā)展史上的一個(gè)變革時(shí)期，當(dāng)時(shí)樹木正在迅速創(chuàng)造新的方法，以便能在不同的環(huán)境中茁壯成長(zhǎng)。在泥盆紀(jì)早期，植物群大都匍匐在地面上。如果你能回到大約4.16億年前，“就會(huì)踩在所有植物之上漫步，”懷俄明大學(xué)(University of Wyoming)的古植物學(xué)家Ellen Currano說(shuō)道。
“森林的進(jìn)化，”她說(shuō)，“是地球歷史上真正具有變革意義的事件之一?！?/p>
圖中的化石為我們呈現(xiàn)了新杭古森林中樹木的分枝根，在當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)這樣的根系是比較發(fā)達(dá)的。后來(lái)這些樹木的根系隨環(huán)境發(fā)生了變化，這樣才能在石炭紀(jì)的潮濕環(huán)境中茁壯成長(zhǎng)。
攝影： DEMING WANG
在整個(gè)泥盆紀(jì)，植物們找到了變得高大的方法，水分開始在莖部上下傳送，長(zhǎng)出更寬的葉子來(lái)進(jìn)行光合作用，發(fā)展出支撐樹干的結(jié)構(gòu)，等等。它們開始向更高的天空伸展。迄今為止發(fā)現(xiàn)的最古老的森林是位于紐約州北部卡茨基爾山脈的吉爾博亞化石森林（Gilboa fossil forest），距今有3.85億年。
但要想長(zhǎng)得更高，樹木還需要更好的扎根方式，而新杭的樹木恰好有著驚人的發(fā)達(dá)根系，這也是研究人員如此興奮的原因。
挪威斯瓦爾巴特群島(Svalbard)也有一處類似的石松林，它比新杭森林要早2000萬(wàn)年，那里的樹長(zhǎng)著球根狀，周圍還有小根，Berry說(shuō)道。相比之下，數(shù)百萬(wàn)年后在沼澤中占統(tǒng)治地位的新杭樹的巨大近親，通常有一種被稱為根座的根，它會(huì)分裂成若干支根，周圍環(huán)繞著微小的細(xì)根。
這種分枝結(jié)構(gòu)為早期樹木提供了強(qiáng)有力的支撐，最終幫助它們達(dá)到新的高度。
“它將改寫石松類植物的進(jìn)化史，”Gensel說(shuō)道。
煤炭的源起
這樣類型的分枝根中含有空腔，能幫助氧氣到達(dá)植物的末端，這樣一來(lái)，它們?cè)诔錆M水的沼澤中也能茁壯成長(zhǎng)。這標(biāo)志著未來(lái)世界人口的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，Berry說(shuō)道。
沼澤地森林出現(xiàn)大面積激增，它們從古老的大氣中吸收二氧化碳，并將其儲(chǔ)存在體內(nèi)。當(dāng)這些小樹林里的樹木死亡時(shí)，它們會(huì)堆積在潮濕的沼澤地底部，因?yàn)槿毖?，其腐爛速度也會(huì)減緩。最終，這個(gè)富含碳的系統(tǒng)變成了今天世界各地開采的厚煤層。
通過燃燒煤炭，現(xiàn)代人將古老的碳重新排放到我們的大氣中，二氧化碳水平也因此飆升到前所未有的新高度。
現(xiàn)在，“全球的二氧化碳水平正以前所未有的速度上升，而亂砍濫伐森林和毀林鋪路的現(xiàn)象仍有發(fā)生，這無(wú)異于切斷二氧化碳的吸收源，勢(shì)必會(huì)加劇氣候問題，”Berry說(shuō)道。
綜上所述，我們?cè)诰S持大氣平衡方面是十分依賴植物，她說(shuō):“沒有植物，地球真的會(huì)變熱，我們也會(huì)陷入困境?！?/p>
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