天山網訊（記者趙梅報道）國內最古老的森林有多老？它們分佈在哪裏？長什麼樣子？近日，中國科學院南京地質古生物研究所聯合國內外研究團隊對外宣佈，他們在新疆塔城地區和布克賽爾蒙古自治縣的一片荒漠草原上發現了大量年代古老的植物化石羣，研究團隊通過現代同位素定年方法研究顯示，這片植物化石羣的年代距今已有3.71億年，是國內目前已知最早的森林，它們的形成時間比遠古森林大規模出現的時代（石炭紀）要早1000多萬年，比恐龍出現的時代還要早2億年。
枝蕨類植物化石。圖/徐洪河拍攝
據負責這一研究的中國科學院南京地質古生物研究所研究員徐洪河介紹，早在2015年，由他帶領的研究團隊就在塔城地區發現了直徑70釐米的植物莖幹化石，“我們通過後來的古生物研究發現，這些植物是一種枝蕨類植物，它們是已知的最古老的樹木之一，年代距今已有3.7億年左右。”他説，起初，並沒有覺得這些植物化石有什麼特別的地方，然而，隨着越來越多粗大的植物化石現身，他開始明白，這裏或許埋藏着一片遠古時期的森林。
於是，研究團隊對這一地區進行了更為詳細的地質調查和同位素年代學研究。他們先對當地採集到的植物化石所在剖面的高精度同位素定年研究，結果顯示，這片遠古森林的年代距今已有3.71億年，屬於晚泥盆紀時期，其比遠古森林大規模出現的時代還要早1000多萬年。
研究團隊又根據地層研究發現，在這片植物化石埋藏點附近方圓80公里範圍內都曾是一片茂密的森林，森林裏主要生長有石松類、古羊齒類和枝蕨類植物，另外還分佈有低矮的灌木和細小草本等，“我們判斷植物化石是否屬於一片森林，最明顯的識別標準就是植被的分層情況：頂層是最高的，可達4米以上的冠層植物、中間層有高度為1米左右的灌木，底層有大量低矮的草本植物。”徐洪河説，塔城地區發現的植物化石都滿足這些標準，其年代又是國內已知年代最早的，因此可以認定，這片植物化石就是國內已知的最古老的“森林”。
“塔城地區泥盆紀地層發育連續，出露廣泛，化石保存非常好，是研究我國北方區早期陸生植物化石研究的重要區域。”徐洪河説，這裏產出的大量精美且獨具特色的泥盆紀植物化石，在國內外研究中也具有非常重要的價值。
古羊齒類植物化石。圖/徐洪河拍攝
它們粗壯高大 幾億年後演變成煤
科學研究顯示，目前，已證實的泥盆紀的植物化石記錄就有700多個屬。在3.5億年前的泥盆紀，植物的豐富度和多樣性程度相當高，既有釐米級別的低矮草本，也有喬木狀的參天大樹，既有靠孢子繁殖的多種多樣的蕨類植物，還出現了最古老的、依靠種子進行繁殖的裸子植物。
那麼，泥盆紀時期的植物究竟長什麼樣？它們和今天的植物有多大區別？
徐洪河等研究人員通過對塔城地區植物化石進行切片研究，再現了它們當時的形態特徵和生存密碼。
“泥盆紀的植物以蕨類為主。今天的蕨類植物通常都非常矮小，一般不超過半米，而泥盆紀的蕨類最高卻可以長到20至30米的高度。”徐洪河説，研究團隊在對塔城地區發現的枝蕨類植物化石進行切片研究時發現，當時的枝蕨類植物直徑有75釐米左右，最高度推測超過4米，其內部結構非常獨特，至少30枚獨立的莖維管束交錯排列，生長模式與現生樹木明顯不同，現生樹木的生長加粗，如年輪，都來自單一木質部的增生。而枝蕨類植物生長關鍵在它的莖維管束，莖維管束不斷分裂重組，越變越多，就會使樹木不斷變高變粗。
研究團隊在對古羊齒類植物化石進行研究時發現，它們是當時最早具有現代樹木生長樣式的植物，“樹幹可以高達30米，其在生長方式方面和現代裸子植物非常相似，有意思的是，它是靠孢子進行繁殖的，是一種有低等蕨類的外部形態和高等裸子植物內部結構的獨特植物。”徐洪河説。
石松類植物的研究結果顯示，它們相對低矮一些，主幹粗壯高大，接近頂端時發生二歧分叉，即主枝與次級枝呈“Y” 字形，從泥盆紀中期開始，它們開始越來越高。到了石炭紀，高度有30至40米。科研人員在對山西省地下的煤層進行研究時發現，高大的石松類植物後來隨着海平面的緩慢升降，開始大量死亡，並留在了多水的沼澤中。它們經過生物化學變化和物理化學變化形成了泥炭，又經過漫長的地質演變，最終成為褐煤、煙煤甚至無煙煤，“新疆北部的泥盆紀地層中煤層，也都是泥盆紀時的石松類植物演變而來。”徐洪河説。
石松類植物化石。圖/徐洪河拍攝
滄海桑田 如今原始叢林變荒漠草原
研究團隊通過對植物化石的研究，還“復原”了塔城地區在泥盆紀時期的環境特點。
“當時，塔城地區還是一片火山島弧，這些火山島弧分佈在古赤道北部，熱帶地區的淺海之中，這裏氣候炎熱而濕潤、島嶼上植被茂盛，到處是鬱鬱葱葱的高大樹木。”徐洪河説，歷經幾億年的演變，如今，原始森林已經成為荒漠草原，炎熱濕潤的環境也變得乾燥涼爽，“現在石松類、古羊齒類和枝蕨類等植物在塔城地區已滅絕，石松類植物在我國南方一些地方還能見到，但形態較遠古時期的祖先明顯改變，從高大的喬木植物演變成矮小的草本植物。”徐洪河説。
據介紹， 根據科學研究，地球上第一片森林大約在5億年前就出現了，最早登陸的是苔蘚、地衣等低等植物。它們雖然矮小，卻力量非凡，會分泌濃度不同的有機酸，這種有機酸能把岩石溶解。就這樣，這些無數微小的植物在漫長的地質演變過程中，使充滿堅硬岩石的大地逐漸變得鬆軟和肥沃。
大約過了一億年後，也就是泥盆紀時期，陸地植物開始進入大發展時期， 它們的出現大幅度降低了地球大氣中的二氧化碳濃度，隨後，海洋中四足類動物和兩棲動物開始上岸，逐漸演化出陸生動物。到了兩億年後，恐龍出現在地球上，開始成為陸地霸主。（圖片由受訪者提供）