【消失的植物·01植物化石】 - 爱Pia戏网,戏鲸App,Pia戏剧本

【消失的植物】

〈01植物化石:从煤到宝石〉

〈1 风语英雄的家乡〉

1942年5月，29个纳瓦霍人（Navajo）被秘密征召进入美国军队。他们被安排在加利福尼亚海滨某处非常隐秘的地方，根据他们自己部落特有的、比“鸟语”还难令外人明白的语言，编制出500个常用军事术语表——这就是美军当时在太平洋战场的秘密通讯工具，直到二战结束，日本人也没能破解这种神秘的语言密码。

二战期间一共有400多位纳瓦霍人应征入伍，充当密码员。然而，正如邱吉尔所说，这些立下大功的密码员都是“下了金蛋却不叫唤的鹅”，美国政府出于安全考虑也一直没有公开他们的功绩；直到半个多世纪之后，美国总统才举行隆重仪式，为这些沉默了多年的印第安“特殊密码员”颁发了美国政府最高勋章——国会金质奖章。我们在好莱坞影片《风语者》中，就能看到这些纳瓦霍族密码员的故事。

在印第安语中，“纳瓦霍”的意思是“伟大的田野”。作为美国最大的印第安部落之一，纳瓦霍族人居住在谢伊峡谷（Canyon de Chelly）中，至今，整条峡谷依然属于印第安人。这里既有肥沃的土地又有险峻的地势，如今更是被设立为国家公园，成为著名的旅游胜地。纳瓦霍人在二战中的贡献已得到世人的肯定，而他们祖先曾有的另一项“英勇战绩”，却只能让前往化石森林国家公园的人一笑了之。

有的植物茎部中空，在植株死亡后，茎干腐烂前会在空腔内堆积泥沙，形成空腔模样的铸型化石，称为髓核。下图为Tempskya（一种木本蕨类）的髓核化石，发现于美国犹他州白垩纪地层。

〈2 没有树木的森林〉

1849年，美国陆军的地形工程师辛普森中尉随着一支探险队进入了亚利桑那州北部的纳瓦霍地区。翻过一座泛着蓝色光芒的诡异山头，当大片完全石化的巨大树干呈现在眼前时，见多识广的辛普森也一下子惊呆了，就连为白人即将进行的入侵收集地形情报的任务，也被抛在了脑后。在别处难得一见的石化木材，在这里却随处皆是，并且还特别完整。在当地的纳瓦霍印第安人眼中，这些颜色各异的坚硬树干其实是他们的祖先初次到达这片土地时杀死的怪物巨人耶特索（Yesto）的骸骨；而对其他部落而言，这些树干却是雷公投出的箭竿，或是天神和巨人搏斗中掉落折断的武器。

经过数十年无节制的盗采之后，为了保护这些珍贵的化石，这里的部分区域终于在1906年被划作国家保留地，1962年，该地区被联邦政府进一步宣布为化石森林国家公园。公园面积3.7万平方公顷，呈狭长形状，北部是彩绘沙漠（Painted Desert），呈现粉红、灰绿、淡蓝、橙黄等等瑰丽色彩；化石森林位于南部，这里有大量的石化树干，形成见证历史沧桑的凝固森林。

下图中，罕见的玛瑙石化木材会呈现迷人的红色，有着玉石般的质地和色泽，如果不是有的地方还能辨认出年轮和细胞的结构，很难将其同植物联系起来。图中这些来自犹他州的“红木”，发现于侏罗纪地层。

在纳瓦霍人的生活中，很早就有这些化石的踪影。他们用这些化石圆木搭建小屋，将这些化石打磨成箭头等物品，坚硬的质地、玉石般的光泽使这些化石看起来完全像是某种宝石，似乎同植物很难联系起来。然而它们的确都是植物化石的一种。远古的植物遗骸在腐烂以前被富含矿物质的溶液浸透并矿化，其体内组织细胞的轮廓得以保留，于是便形成了这类独特的化石。

虽然如今是荒凉的沙漠，然而在2亿多年前的三叠纪时，这里却是生机勃勃的沼泽，所产动物和植物都非常丰富，高大的乔木（例如原始的松柏类植物Araucarioxylon arizonicum）昂然矗立，那时恐龙也正在动物界崛起。除了乔木形成的石化木材，当时的其他植物和恐龙等各种动物的化石也同样保存至今，为我们提供了关于那个年代的大量信息。

在亚利桑那化石森林国家公园中，躺着大量来自三叠纪的石化木材。这里最早由西奥多·罗斯福总统于1906年定为国家保留地，1962年扩建为国家公园。（下图）

石化木材有很多种类，其中由硅质浸透并矿化形成的最为常见，称为硅化木。有的硅化木非常巨大，世界上已知的最大硅化木发现于美国，长达30米。被含不同矿物质的溶液浸透、矿化之后，植物残骸会相应地形成不同颜色的化石，并非如人们所想像的那样只是单调的灰黑色。含二氧化硅的化石通常为白色或灰色，含铜、钴、铬等元素的化石通常会呈现蓝色或绿色，含铁元素的化石则可能呈现从红、橙到黄的不同颜色——紫色的石化木材则是因为含有锰元素。石化木材可以达到摩氏7的硬度，并且具有优良的抛光性。

不同颜色的化石经过精细打磨之后可以成为精美的收藏品，单块的售价就可达数千美元。而在研究它们的科学家眼中，石化木材的价值就更不只是收藏品那样简单了。

上图中，在亚利桑那化石森林国家公园中，随处可见这样巨大的未经打磨的石化圆木，在纳瓦霍人的传说里，这就是被他们的祖先杀死的怪物巨人耶特索的骸骨。

石化木材非常坚固，北亚利桑那的纳瓦霍印第安人用这种坚硬的材料制造武器。下图中，这些用石化木材制成的箭头，其宝石般的色泽和质地使它们看起来完全像是一种矿物，让人全然无法联想到绿色的、会生长的植物。

〈3 化石：历史的残页〉

提起化石，人们首先想到的多半会是恐龙那巨大壮观的骨骼化石，而如果提到地球漫长历史中曾经生存过的各种植物，大多数人恐怕都只会想到，煤是由远古植物形成的。的确，煤是由植物残骸经过复杂的变化形成的，但远古植物的遗迹却不仅仅有煤。植物也形成了数目庞大的化石，虽然不像大型动物的骨架化石那样震慑人心，但植物化石和动物化石一样，可以带给我们大量来自远古的信息。从这些“残页”之中，我们也许永远也拼凑不出已经消逝的历史全貌，但已足以让我们一窥它的端倪，在一定程度上满足我们的好奇心，并给予我们关于现在和未来的启示。

10.

人类对化石来历的研究，最早可以上溯到公元前6世纪。当时古希腊科学家已对化石作出正确的解释，指出化石是生物的遗骸，这些生物生活在自然条件与当时迥然不同的远古时代。但到了公元前4世纪，亚里士多德提出化石是自然生成的，是地底深层气体蒸发形成的——这种假设影响了整个中世纪甚至更晚的时代。到了文艺复兴时期，关于化石的起源又有了各种古怪的说法：有人说化石来自微小的石头种子，在地下生长最后死于地下；有人认为化石是“造物主的败笔”，所以没有生命；还有人说化石是撒旦造的，为的是与上帝抗衡，结果失败了。

11.

16世纪，伟大的天才——列奥纳多·达·芬奇也对化石产生了浓厚兴趣，他否定了亚里士多德的自然发生学说，对化石的形成做作了正确解释，可惜直到19世纪才有人把他的手稿整理出来。

显然，不是所有的生物遗体都能保留下来，只有极少数生物在某些特定条件下保存为化石——现今地球上已记录定名的生物物种约有170万种，而迄今已发现的、生活在漫长的几十亿年地质历史中的物种总共才20多万种；从这种极度不相称中可以看出，我们对地球上过去的居民的了解是相当有限的。

12.

化石除了可以直接告诉我们地球历史上形形色色的古生物的有关信息以外，还能帮助我们了解远古的地质、气候和重大自然事件等方面的情况。例如前面提到的石化木材就可以告诉我们远古时代的气象资料：温带四季分明，年轮因此很清晰；而热带季节性变化很小，形成的细胞没什么区别，年轮也不那么分明。而对一些叶片化石的细致研究则有可能推测出亿万年前地球上的二氧化碳含量。化石中所保留的历史信息不仅在于化石本身，还有赖于化石和原产地的地质现象构成有机的组合——

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只有和它们所处的地质环境共同分析，科学家们才能得到更多、更准确的关于太阳光照、雨水丰沛程度、千百年气候变化、植物群落组合等等的资料。然而化石资源在全世界遭到盗采、破坏的情况令人触目惊心。例如在亚利桑那的化石森林国家公园，在严格的保护之下，每年被游客偷偷带走的化石仍超过12吨，相当于近万块；1922年设立于南科达他州的苏铁化石国家公园，更是由于被破坏得太严重，于1957年被撤销了国家公园的地位。

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具体到古植物方面，从化石信息中我们可以看出，植物是如何一步一步从海洋登上陆地，如何与动物相互适应、共同进化，如何适应气候变化等自然因素，并逐渐淘汰不能适应的物种。比较古代植物和现代物种的区别，我们可以看出植物是在往什么方向发展进化。那些已在遥远的过去消失、只存在于化石中的植物，我们就只能凭借化石中支离破碎的信息将其复原，它们的存在和关于它们的一切，主要来自于古植物学家们从化石中读到的信息，至于导致它们消失的具体原因或许永远是不解之谜。

〈4 植物宝石〉

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整个动物（或者是其整个的骨架）形成化石的情况并不罕见，我们在古生物博物馆里一般都能看到不少张牙舞爪的完整动物骨架化石（这也是人们对古动物的印象远比古植物来得深刻的重要原因）。但在植物界，情况就不同了，整个植物体保存成为化石的机会微乎其微；一般所见的都是各种植物碎片的化石，最常见的是叶片。最普通的植物化石类型是压印化石。覆盖的沉积物在植物碎片上由于重力作用而向下压，就形成了压印化石。

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压印化石又可以分成两种：植物在这种压实作用下扁化成一层很薄的碳膜，如果这层膜保存下来，这种化石就称为压型化石；如果它没能保存下来，就形成印痕化石。压印化石保存了植物碎片的形状和表面细节。

Araucarioxylon arizonicum（南洋杉型木）是三叠纪时亚利桑那的主要植物，如今是化石森林国家公园里最常见的化石，下图中这些奇幻美丽的化石都来自于这种古老的植物。

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如果在强大的压实作用发生之前，植物碎片周围的沉积物变得硬化，就可能保存下来碎片的三维信息。在温泉中我们就可以看到这样的过程。落入泉水中的树叶、茎干等在腐烂之前就被水中的碳酸钙包裹起来，形成清晰的“模子”（印痕）；后来，植物体本身腐烂分解了，但在碳酸钙沉积中却留下了空腔；再后来，空腔被其他沉淀物填充，就又形成了和植物体一模一样的“铸型”。

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形成印痕和铸件的这种保存形式，不仅可以通过碳酸钙沉积这种方式，还可以由其他富集的矿物（如菱铁矿）来完成。这类化石被认为是植物自身矿化作用形成的，植物茎干的中央空腔可以形成另一类铸型化石。茎干落入水中，在周围组织腐烂以前，它的中央空腔被沉积物填充，周围组织腐烂后，就保留了内部沉积物的铸型，这种化石称为“髓核”。比如茎部中空的芦木就非常容易形成这种化石。

（下图中）含不同矿物质的溶液浸透、矿化植物残骸会形成不同颜色的石化化石，各种颜色的植物化石汇集起来，有着令人惊叹的美丽。

19.

我们在风语英雄的家乡以及其他地区找到的石化木材，是植物化石中非常独特的一类，它们保存了精美的解剖细节，能提供详细丰富的细胞结构信息，通常将其制成超薄切片来研究。在关于古植物超微结构方面的研究中，化石是最常用的材料之一。

除了一般的石化木材，还有两种比较罕见的：蛋白石化木材（Opaline wood），以蛋白石矿物为主；玛瑙石化木材（Agate wood），以玛瑙矿物为主。当石化木材中的浸润填充质为结晶致密细腻的玉髓质时，后期再被含铁的矿物溶液浸染，便会呈现迷人的红色，类似玛瑙。

20.

这种石化木材有着玉石般的质地和色泽，如果不是有的地方还能辨认出年轮和细胞的结构，人们很难将它同植物联系起来。

纯粹的玛瑙则是一种矿物，是在一定的空腔内、自外向内生长结晶而成，最后充满整个空腔。这样生长的结果就会形成典型的同心环带，有的在中心空腔的壁上还生长着石英晶簇。在巴西盛产紫晶晶簇的山洞中，其壁端就分布着条带状玛瑙。在石化木材中如果有孔隙和空洞，也可以形成局部的玛瑙结晶，只是这种情况与整个树干形成的玛瑙状石化木材完全不同。

21.

（下图）整体植株很难形成化石保存下来，最为常见的是叶片化石。化石保存了枝条、叶片，甚至还有嫩芽，非常难得，看上去如同夹在书中的标本。叶片最容易形成压印化石，这也是植物化石中最常见的类型，保存了植物碎片的形状和表面细节。中叶片通常容易形成压印化石，这就是一块典型的叶片压印化石。一种在5,000多万年前灭绝的胡桃科植物茎的剖面，矿物结核填充了空隙。在这块具有5,000多万年历史的石化木材上，我们还能看到蛀虫留下的痕迹。

〈5 命名的问题〉

22.

植物化石的命名问题非常令人头痛。人们倾向于用与植物学中相似的命名系统给植物化石命名，毕竟植物化石是曾经生活过的植物留下的残骸。但大多数化石仅是原先植物的碎片，我们无法得到整株植物，因此植物化石几乎不能以和现生植物完全一样的方式来命名。

法国人格兰德埃里认为，应该赋予植物化石不同器官以不同的属名，即使有时可以确信分离的器官原先属于同一植物。至今我们仍沿用他的这两个原则。

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例如晚古生代高大的石松植物化石不同的器官被归入不同的属——根座属用于命名根，鳞木属用于命名茎，这些属被称为“形态属”。不同的化石保存类型也会产生不同的形态属命名，因为不同保存类型提供了不同信息，如压印化石能显示表面特征，而石化化石提供结构信息。这种形态分类方法产生了一个问题：整株植物应该叫什么？复原的植物提供了一个植物类群可能的模型，但这并不是正式植物命名法的分类单位。因此我们可以给这些理论上的复原植物起一个非正式的名字，它通常来源于大多数已知器官的名称。

化石的美丽实际是对死亡的一种非常规的修饰。