国内最古老的森林有多老?它们分布在哪里?长什么样子?近日，中国科学院南京地质古生物研究所联合国内外研究团队对外宣布，他们在新疆塔城地区和布克赛尔蒙古自治县的一片荒漠草原上发现了大量年代古老的植物化石群，研究团队通过现代同位素定年方法研究显示，这片植物化石群的年代距今已有3.71亿年，是国内目前已知最早的森林，它们的形成时间比远古森林大规模出现的时代(石炭纪)要早1000多万年，比恐龙出现的时代还要早2亿年。
这片荒漠草原下埋藏着最古老的森林
据负责这一研究的中国科学院南京地质古生物研究所研究员徐洪河介绍，早在2015年，由他带领的研究团队就在塔城地区发现了直径70厘米的植物茎干化石，“我们通过后来的古生物研究发现，这些植物是一种枝蕨类植物，它们是已知的最古老的树木之一，年代距今已有3.7亿年左右。”他说，起初，并没有觉得这些植物化石有什么特别的地方，然而，随着越来越多粗大的植物化石现身，他开始明白，这里或许埋藏着一片远古时期的森林。
于是，研究团队对这一地区进行了更为详细的地质调查和同位素年代学研究。他们先对当地采集到的植物化石所在剖面的高精度同位素定年研究，结果显示，这片远古森林的年代距今已有3.71亿年，属于晚泥盆纪时期，其比远古森林大规模出现的时代还要早1000多万年。
研究团队又根据地层研究发现，在这片植物化石埋藏点附近方圆80公里范围内都曾是一片茂密的森林，森林里主要生长有石松类、古羊齿类和枝蕨类植物，另外还分布有低矮的灌木和细小草本等，“我们判断植物化石是否属于一片森林，最明显的识别标准就是植被的分层情况：顶层是最高的，可达4米以上的冠层植物、中间层有高度为1米左右的灌木，底层有大量低矮的草本植物。”徐洪河说，塔城地区发现的植物化石都满足这些标准，其年代又是国内已知年代最早的，因此可以认定，这片植物化石就是国内已知的最古老的“森林”。
“塔城地区泥盆纪地层发育连续，出露广泛，化石保存非常好，是研究我国北方区早期陆生植物化石研究的重要区域。”徐洪河说，这里产出的大量精美且独具特色的泥盆纪植物化石，在国内外研究中也具有非常重要的价值。
它们粗壮高大 几亿年后演变成煤
科学研究显示，目前，已证实的泥盆纪的植物化石记录就有700多个属。在3.5亿年前的泥盆纪，植物的丰富度和多样性程度相当高，既有厘米级别的低矮草本，也有乔木状的参天大树，既有靠孢子繁殖的多种多样的蕨类植物，还出现了最古老的、依靠种子进行繁殖的裸子植物。
那么，泥盆纪时期的植物究竟长什么样?它们和今天的植物有多大区别?
徐洪河等研究人员通过对塔城地区植物化石进行切片研究，再现了它们当时的形态特征和生存密码。
“泥盆纪的植物以蕨类为主。今天的蕨类植物通常都非常矮小，一般不超过半米，而泥盆纪的蕨类最高却可以长到20至30米的高度。”徐洪河说，研究团队在对塔城地区发现的枝蕨类植物化石进行切片研究时发现，当时的枝蕨类植物直径有75厘米左右，最高度推测超过4米，其内部结构非常独特，至少30枚独立的茎维管束交错排列，生长模式与现生树木明显不同，现生树木的生长加粗，如年轮，都来自单一木质部的增生。而枝蕨类植物生长关键在它的茎维管束，茎维管束不断分裂重组，越变越多，就会使树木不断变高变粗。
研究团队在对古羊齿类植物化石进行研究时发现，它们是当时最早具有现代树木生长样式的植物，“树干可以高达30米，其在生长方式方面和现代裸子植物非常相似，有意思的是，它是靠孢子进行繁殖的，是一种有低等蕨类的外部形态和高等裸子植物内部结构的独特植物。”徐洪河说。
石松类植物的研究结果显示，它们相对低矮一些，主干粗壮高大，接近顶端时发生二歧分叉，即主枝与次级枝呈“Y” 字形，从泥盆纪中期开始，它们开始越来越高。到了石炭纪，高度有30至40米。科研人员在对山西省地下的煤层进行研究时发现，高大的石松类植物后来随着海平面的缓慢升降，开始大量死亡，并留在了多水的沼泽中。它们经过生物化学变化和物理化学变化形成了泥炭，又经过漫长的地质演变，最终成为褐煤、烟煤甚至无烟煤，“新疆北部的泥盆纪地层中煤层，也都是泥盆纪时的石松类植物演变而来。”徐洪河说。
沧海桑田 如今原始丛林变荒漠草原
研究团队通过对植物化石的研究，还“复原”了塔城地区在泥盆纪时期的环境特点。
“当时，塔城地区还是一片火山岛弧，这些火山岛弧分布在古赤道北部，热带地区的浅海之中，这里气候炎热而湿润、岛屿上植被茂盛，到处是郁郁葱葱的高大树木。”徐洪河说，历经几亿年的演变，如今，原始森林已经成为荒漠草原，炎热湿润的环境也变得干燥凉爽，“现在石松类、古羊齿类和枝蕨类等植物在塔城地区已灭绝，石松类植物在我国南方一些地方还能见到，但形态较远古时期的祖先明显改变，从高大的乔木植物演变成矮小的草本植物。”徐洪河说。
据介绍， 根据科学研究，地球上第一片森林大约在5亿年前就出现了，最早登陆的是苔藓、地衣等低等植物。它们虽然矮小，却力量非凡，会分泌浓度不同的有机酸，这种有机酸能把岩石溶解。就这样，这些无数微小的植物在漫长的地质演变过程中，使充满坚硬岩石的大地逐渐变得松软和肥沃。
大约过了一亿年后，也就是泥盆纪时期，陆地植物开始进入大发展时期， 它们的出现大幅度降低了地球大气中的二氧化碳浓度，随后，海洋中四足类动物和两栖动物开始上岸，逐渐演化出陆生动物。到了两亿年后，恐龙出现在地球上，开始成为陆地霸主。
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