最古老的森林化石，將森林的“生日”向前推進(jìn)幾百萬(wàn)年！

□ 馮偉民

近日，國(guó)際地質(zhì)期刊《地質(zhì)學(xué)會(huì)》報(bào)道，在英國(guó)德文郡和薩默塞特郡的北海岸，劍橋大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)了地球上最古老的化石森林遺跡。這些樹(shù)木約有3.9億年歷史，比之前認(rèn)為最古老的森林——美國(guó)紐約州古樹(shù)林遺跡，還早400萬(wàn)至500萬(wàn)年。

距今約4.19億至3.59億年前的泥盆紀(jì)，是地球森林開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)代。森林的出現(xiàn)并不斷擴(kuò)散是地球生物圈的重大事件，對(duì)大氣有氧環(huán)境塑造、陸地生態(tài)環(huán)境重構(gòu)、推動(dòng)生物多樣性發(fā)展極為重要。

英國(guó)最新發(fā)現(xiàn)的這種森林化石是一種名為蘆形木的奇怪樹(shù)木，樹(shù)干并不完整，高度在2—4米左右，頂部有濃密的樹(shù)冠，整體看起來(lái)如同一把粉底刷。蘆形木頗像今天的棕櫚樹(shù)，但不是棕櫚樹(shù)，與當(dāng)今地球上的樹(shù)木種類(lèi)并無(wú)親緣關(guān)系。蘆形木樹(shù)干是中空的，并非實(shí)心，也沒(méi)有葉子。樹(shù)枝頂部覆蓋著數(shù)百個(gè)樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，而不是樹(shù)葉。

在此次發(fā)現(xiàn)之前，世界上已知最古老的森林化石是距今約3.85億年前美國(guó)紐約州發(fā)現(xiàn)的森林化石，挪威斯瓦爾巴特群島距今3.8億年前的遠(yuǎn)古森林化石。

2019年，在我國(guó)安徽省新杭鎮(zhèn)附近發(fā)現(xiàn)了距今約3.65億年前泥盆紀(jì)樹(shù)干樹(shù)根化石，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。2020年，在中國(guó)新疆塔城地區(qū)和布克賽爾蒙古自治縣的一片荒漠草原上發(fā)現(xiàn)了距今約3.71億年前的植物莖干化石。這種枝蕨類(lèi)植物直徑70厘米，分布面積約占80平方公里，主要生長(zhǎng)有石松類(lèi)、古羊齒類(lèi)和枝蕨類(lèi)植物，還分布著低矮的灌木和細(xì)小草本等。

在英國(guó)發(fā)現(xiàn)的這種最古老的森林化石，不僅將地球上森林出現(xiàn)時(shí)間又向前推進(jìn)了幾百萬(wàn)年，更重要的是，迄今所發(fā)現(xiàn)的最古老森林與之后呈現(xiàn)出完全不一樣的森林面貌。這種古老森林在種類(lèi)上非常單一，森林系統(tǒng)的構(gòu)建尚處于初級(jí)階段，既沒(méi)有任何下層植被，也沒(méi)有草本植物。而泥盆紀(jì)后來(lái)出現(xiàn)的森林，面貌就發(fā)生了很大變化，森林生態(tài)系統(tǒng)得到改善，呈現(xiàn)出比較完整的多層次森林面貌。我國(guó)新疆發(fā)現(xiàn)的古老森林，植物豐富度和多樣性程度已相當(dāng)高，既有厘米級(jí)別的低矮草本也有喬木狀參天大樹(shù)，既有靠孢子繁殖的多種多樣蕨類(lèi)植物還有依靠種子進(jìn)行繁殖的最古老裸子植物。

泥盆紀(jì)森林的出現(xiàn)改變了水和土地之間的相互作用，因?yàn)闃?shù)木和其他植物可以通過(guò)根系幫助穩(wěn)定沉積物。而且隨著它們的生長(zhǎng)，這些密集生長(zhǎng)的樹(shù)木脫落了大量樹(shù)枝和落葉，對(duì)塑造河流流經(jīng)地貌、穩(wěn)定河岸和海岸線都產(chǎn)生重大影響。泥盆紀(jì)是魚(yú)類(lèi)登上陸地的時(shí)代，森林無(wú)疑為初來(lái)乍到的動(dòng)物提供了非常好的披覆環(huán)境，并在推動(dòng)兩棲動(dòng)物迅速演化方面起到重要作用。

自從森林出現(xiàn)后，植物光合作用得到加強(qiáng)，陸地生態(tài)環(huán)境發(fā)生了巨大變化。有研究顯示，泥盆紀(jì)時(shí)期大氣氧含量急劇上升，二氧化碳水平明顯下降，導(dǎo)致地球變冷。晚泥盆世中晚期發(fā)生的生物大滅絕就與此有相當(dāng)大的關(guān)聯(lián)，森林的出現(xiàn)與擴(kuò)散，無(wú)疑啟動(dòng)了這一幕的最初開(kāi)關(guān)。

泥盆紀(jì)古老森林的發(fā)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)尚為少數(shù)，但演化非常迅速，已從原始森林發(fā)展為較完整的森林生態(tài)系統(tǒng)，為石炭紀(jì)（距今3.59—2.99億年）森林大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。森林生態(tài)的構(gòu)建歷經(jīng)從蕨類(lèi)植物、裸子植物到被子植物幾度更替，不僅對(duì)陸地生態(tài)環(huán)境貢獻(xiàn)巨大，在地球演變和生物進(jìn)化過(guò)程中始終扮演著重要而關(guān)鍵的角色，而且這一影響迄今仍在發(fā)揮重要作用。

（作者系中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員、南京古生物博物館名譽(yù)館長(zhǎng)）