約3億年前，靠近赤道的一片熱帶雨林地區發生了一場火山噴發，火山灰將所有植物封存起來。如今，當年的大陸已經漂移到內蒙古烏海市。
近日，中科院南京地質古生物研究所研究員王軍領導的一支國際團隊在內蒙古烏海市烏達區的“植物龐貝城”中發現了大量保存完整的瓢葉目植物化石，并確認其為種子植物的姊妹類群——前裸子植物的一員。相關研究成果3月9日發表于美國《國家科學院院刊》。
身世謎團已延續百年
瓢葉目植物是生活在距今3.5億年—2.5億年前的一類植物，包括20余屬50余種，常見于煤系地層。分布于中國、歐洲和北美。曾被認為是真蕨類、楔葉類、前裸子植物，或者一個獨立的分類單元。
“這類古植物的化石標本最早于1822年在捷克被發現，而瓢葉目的確立是1931年。”王軍說。
為已經發現的、地球上曾經有過的各種植物在分類系統里面找到相應的位置，是古植物學家們最基本的學科目標。但瓢葉目植物的身世一直是個謎。
研究的合作者，來自英國伯明翰大學的Jason Hilton博士說，在被建立之初，瓢葉目被認為是一個獨特的植物種群。科學家們把它們當作一個“分類學足球”在球場上踢來踢去，卻沒有一個人完成“射門歸類”這一目標。
此前瓢葉目的化石標本比較碎小，缺乏整體解剖結構，所以無法從分類學上進行歸類。同時，各地的瓢葉目形態也有很大差異。
“長期以來，瓢葉目之所以無法‘認祖歸宗’，關鍵在于缺乏植物的整體形態和內部解剖信息。”王軍說，這些關鍵特征的突破，有賴于外觀形態和內部解剖結構均保存較好的化石標本的發現。
2012年，王軍團隊在內蒙古烏海市發現一個保存完好的“植物龐貝城”，其中有大量完整而精美的標本，為探明這類植物的親緣關系及其重要的生命演化意義奠定了基礎。
發現瓢葉目家族新物種
王軍認為，正是前文所述的火山噴發創造了絕佳的埋藏條件。
通過王軍在現場拍攝的照片可以看到，一般化石中的植物都是躺著的，但烏達的化石是站著的。化石的間距非常密集，每隔三五米就有一棵直立的植物樹干。
在復原圖中，森林的樹木最高大的高30多米，最小的不及人的腳踝。在復原圖第一排便可看到像棕櫚樹的瓢葉目，它們高五六米，挺拔向上。
王軍團隊發現了來自“植物龐貝城”的瓢葉目家族新物種烏海擬齒葉。
在南京地質古生物研究所標本館里，這塊重達2.5噸的瓢葉目化石標本完整地保留了這棵樹被火山灰埋藏前的樣子。
烏海擬齒葉的樹干頂端長著一個玉米棒一樣的果穗，果穗看起來呈輻射狀對稱，果穗的上下方同時長有葉子。
王軍認為，這項研究揭開了“植物龐貝城”的面紗，這里是一個巨大的化石寶庫，蘊藏著許多古植物世界的秘密。當前烏海擬齒葉的整體重建只是其中之一，后續還將公布多個植物新種的整體重建。
新物種屬于前裸子植物
科研人員利用國內最先進的實驗儀器對烏海擬齒葉進行了解剖觀察，發現它有蕨類植物的孢子繁殖方式，同時又具有種子植物的木材結構。根據這些特征，可以確認它是種子植物的姊妹類群——前裸子植物的一員。
“解剖葉子，我們發現葉軸兩側有對稱的維管束。更讓人驚奇的是，它的果穗也是兩側對稱的維管束。這是果穗是從葉子進化過來的直接證據。而解剖這棵樹的主干，我們發現其有次生木質部，這是讓我們定下這棵樹的分類特征的最大一項突破。”王軍解釋，這些特征匯總起來就是典型的前裸子植物。
“這類植物最早見于泥盆紀，并由此演化出了種子植物。”王軍表示，瓢葉目的地質年代是從早石炭世到二疊紀末，這一發現將前裸子植物的地質時間范圍延長了約6000萬年。
前裸子植物代表了植物界在進化過程當中，孢子植物進化到種子植物過渡的一種類群。此前認為，前裸子植物是從中泥盆世3.9億年延續至晚石炭世3.1億年。此次研究認為，其存在時間應該是中泥盆世—石炭—二疊紀末。
這項研究表明，在種子植物分化出來（3.6億年的晚泥盆世）之后的約1.1億年間，以瓢葉目為代表的前裸子植物持續多樣化，直至二疊紀末。并獨立發展出似球果繁殖器官，并沒有像先前認為的那樣迅速滅絕。
盡管瓢葉目植物繁殖能力強大，但在二疊紀末大滅絕期間，它們也是環境和氣候變化的受害者。這次大滅絕毀滅了全球的沼澤生態系統，而伴隨著瓢葉目賴以生存的環境消失，該目也隨之滅絕。
本次瓢葉目分類位置的確定，也代表了中國學者對于古植物分類學的重大貢獻。在此之前，晚古生代共建立了40余目的植物類群，除了瓢葉目和大羽羊齒目，其他均由國外研究人員完成。
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