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1.6亿年样貌不变 这种植物“活化石”暗藏古气候秘密

来源:科技日报2020-07-31 10:19

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  在内蒙古宁城县道虎沟村的侏罗纪化石层中发现的穗花杉化石受访者供图

  1亿多年前,它与恐龙共生;1亿多年里,地球经历了沧海桑田的变化,它却至今还存活在我们的世界里,且形态几乎没有发生大的变化……

  这样一种神奇的生物就是红豆杉科的穗花杉。近日,中国科学院南京地质古生物研究所董重博士等人与美国科研人员一起合作,在内蒙古宁城县道虎沟村的侏罗纪化石层中,发现了两枚1.6亿年前的穗花杉化石植物。相关研究成果近日发表在《国家科学评论》杂志上。

  科学家是如何辨别出1.6亿年前化石的真实身份?作为植物界的“活化石”,穗花杉与它的祖先相比有什么改变?它们如今的生存状态又如何呢?记者走访了参与研究的相关科学家。

  多重验证 辨别出化石真实身份

  研究团队在我国内蒙古宁城县道虎沟村的侏罗纪化石层中,发现了两枚植物化石。这两枚化石约有1.6亿年历史,保存了枝、叶、芽、种子等重要器官。

  为了辨别化石的真实身份,科研人员充分利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线断层无损扫描成像等仪器,对化石展开了进一步研究。

  通过对化石的枝、叶、芽、种子等重要结构进行的细致观察,并采用比较形态学和系统发育分析方法,对化石的分类位置进行了确定,研究人员发现,化石末级小枝近对生,几乎展布在同一平面,叶呈线状披针形,交互对生,叶正面具明显凸起的中脉,背面中脉、两条气孔带和两条叶边缘带非常明显;种子着生结构单生于小枝上叶腋,由一个顶生的直立种子和一个短而裸露的种柄构成,种子基部有约5对交互对生的苞片。

  化石的这些形态特征和现代穗花杉非常相似,研究进一步采用13组形态特征对包括狭义红豆杉科现生种和化石种、三尖杉属现生种在内的10个类群进行了系统发育分析,并分别采用了完全基于形态学数据的传统方法,和以分子系统发育树为骨架的分子骨架法。分析结果均证实道虎沟村发现的这一侏罗纪植物化石可归入现代穗花杉属。

  与现代穗花杉植物相比,化石形态特征与现生穗花杉属非常相似,除了种柄比现生穗花杉种子的种柄短一些以外,其他包括枝、叶、种子等方面的形态样貌,与现代穗花杉完全一样,表明穗花杉这一植物在近1.6亿年来形态几乎未发生变化,显示了明显的形态演化迟滞现象。这意味着,与银杏类似,穗花杉是另外一类延续了至少1.6亿年的古老植物,是名副其实的可追溯至侏罗纪的植物“活化石”。

  据董重介绍,该成果对研究演化生物学中的物种演化迟滞有重要科学价值。同时,能够为1.6亿年前古气候古生态等方面的研究提供重要的生物因子信息。

  濒危物种 面临“男女”比例失调

  穗花杉属于松柏纲红豆杉科植物,目前主要分布在我国长江以南的部分省份和台湾南部以及越南北部。穗花杉植物需要雨量充足的气候环境,多生长在山地森林中比较荫湿的地方、溪边或山谷中。

  为何喜湿的植物会在内蒙古高原发现其化石呢?面对记者的疑问,董重介绍,1.6亿年前的陆地环境并不像今天一样,在今天看来干旱缺水的内蒙古高原,在1.6亿年前却并不如此,当时内蒙古的环境应该比较适合穗花杉生长,因此穗花杉植物化石在内蒙古侏罗纪地层中发现也就不足为奇了。

  但是,地球在这1.6亿年里多次经历了温室期和冰期的环境,尤其是在第四纪冰川浩劫侵袭地球后,使得地球的气候、环境、生态发生了颠覆性改变,许多陆生植物因此而消失,在第三纪曾分布在欧洲、北美、东亚等高纬度地区的穗花杉也相继消失。

  浩劫以后,穗花杉分布范围不断缩小,其生存与繁殖面临更大挑战。因为是雌雄异株,它须借助风作为媒介完成授粉,但其果实较大很容易被动物食用;另外,穗花杉生长缓慢,繁殖率低,其“男女”比例早就失调了,雄株多,雌株少,再加上对生存环境的严格要求,它的种子发芽率极低、幼苗成活率也很低。

  董重表示,穗花杉兼具观赏价值、经济价值与药用价值。穗花杉叶四季常绿,挂果之时,红果如珠,极其美观,观赏价值较高。其木材材质细密,可供雕刻、器具农具及细木加工等用,具有较高经济价值。此外,穗花杉根、树皮能入药。穗花杉较高的价值导致其采伐过度,再加之其本身植株数量较少,生长缓慢,其数量在野外已变得越来越少。目前穗花杉已被列为国家一级保护植物,并被世界自然保护联盟列为严重濒危珍稀物种。(张 晔)

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