中国植物“庞贝”惊现“左撇子”

周伟明在内蒙古乌海市乌达煤田采集的缠结化石标本。图a是第一个化石，图h是第二个化石。照片来源:当代生物学

两年前的11月，周伟明和他的合作者从内蒙古乌达煤田带回了一批植物化石标本，那里的最低温度是零下20摄氏度。周伟明在中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称中国科学院南方古生物研究所)工作。当时，他没有意识到这批标本中有两个手掌大小的化石，这是人类发现的最古老的缠绕在一起的植物化石——它们来自3亿年前。

这意味着从那时起，植物的生长已经有了曲折的特征。更重要的是，化石中的蕨类植物是“左旋”的，并向左旋方向生长。

此前，研究人员在中国山东的“山旺植物群”中发现了另一个1600万年前的植物化石。化石中的植物也是“左撇子”。这两者相互反映，帮助研究人员更好地理解古代植物的生长规律。

目前，地球上90%以上的缠绕植物向右旋转。尽管古代植物的化石样本偏向左侧的原因还不清楚，“我们必须指出来”。在查阅了大量文献并仔细研究化石标本后，周伟明和来自中国、捷克和美国的古生物学家在《当代生物学》上发表了这一成果。

中国的植物古城庞贝

"了解古代森林中的树木在世界范围内具有重要意义."来自美国斯坦福大学的地质学家凯文·戴斯是周伟明的合作伙伴之一。在接受《中国科学》采访时，他说几百万年前植物的根沉入地下并堆积起来。经过一系列生化和物理化学反应，今天看到的煤形成了。

如果我们能解开古代植物化石中的谜团，那就等于见证了世界的变化。但是“海”在哪里？

1999年，的导师，中科院南方所研究员王军，看到了他的导师吴从内蒙古乌达带回的植物化石标本。王军知道这个标本非常完整，非常高兴，立即和他的同事们出发去了乌达。直到2003年，王军在乌达不断发现新的完整植物化石标本。这些化石中的植物不同于过去“躺下”的形式。其中许多是直立的，非常密集，每3到5米就有一个。

越来越多的化石标本被发现，该地区有厚厚的火山灰。王军和其他人认为，这些直立的植物很可能在火山爆发时立即被火山灰掩埋，就像庞贝一样。在接受媒体采访时，王军回忆说，在乌达，他和他的同事们进行了1100多平方米的调查，最终确认在贺兰山西北角约20平方公里的地区存在一座植物庞贝古城。

该研究于2012年正式发布，相关结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

“uda煤田代表着被火山灰淹没的沼泽森林。这里的树木生活在大约3亿年前，其中一些非常不寻常。它们可能有40米高，它们的生长方式和形态与我们今天看到的树木完全不同。大自然以一种鲜为人知的方式保存了一切。”博伊斯说。

在左边画“龙”？曲折的方向颠覆了认知。

在乌达的植物城庞贝，研究人员发现许多原始植物不同于人们的想象。例如，苏铁，曾经在中生代繁盛一时，现在濒临灭绝，其生殖器官与今天的苏铁相似，但它们的叶子并不像苏铁那样分开。今天看到的较小的蕨类植物在古代实际上是“高”的。

在周伟明等人的研究中，缠绕植物的两个化石标本也颠覆了人们的认知——早在3亿年前，地球上就出现了具有缠绕能力的植物。化石中的蕨类植物有一个直径约1毫米的叶轴，两侧有“触须”来帮助攀爬。研究人员还观察到，在两个化石标本中至少有5种左手蕨类植物，从而证实缠绕植物是左手固定的。

周伟明告诉《中国科学新闻》，植物攀缘有多种策略，其中缠绕攀缘是常见模式之一。"大多数活着的植物都是右手固定的，比如牵牛花."也有一些植物可以是左旋或右旋的，“如何首乌”，而很少有活的植物以固定的左旋模式生长。

在现有的研究中，还没有右旋缠绕植物化石的报道。除了以前在“山旺植物群”中发现的植物化石外，世界上仅有的两种缠绕植物化石都是左旋缠绕的。

然而，“为什么这两种缠绕在一起的植物化石在地质历史上是左撇子？”周伟明说，对于研究植物“手性”的科学家来说，这是一个暂时无法回答的问题，“也许还有更深层次的自然法则等待着被发现”。

另一个颠覆性的发现是，人们过去认为缠绕的植物生活在高大的树上，但在他们发掘的化石中，蕨类植物缠绕在另一种较小的植物上，这种植物通过刺和吸盘攀爬，有点类似于现在的爬山虎和玫瑰。"这揭示了早期森林生态系统的复杂性."周卫说得很清楚。

煤田寻宝

收集植物化石的过程就像寻宝一样:首先，像挖掘机这样的大型机器被用来清理化石层上面的岩石和土壤层。在66厘米厚的火山凝灰岩暴露于地球表面后，研究人员将在样品方块上标记1米乘1米的网格，然后记录植物保存状况并详细测量每个样品方块的大小。

如果周伟明没有“想得太多”，今天人们看到的标本可能仍然和其他化石躺在一起。

从乌达煤田回到南京，周伟明开始查阅文献。他发现以前的研究推测了植物的缠绕习性。一些研究者在文章中直接指出，在此之前，地质历史上确切的孪生化石只是山东中新世“山旺植物群”的一个案例。

意识到这个问题的重要性，周伟明发现了两个化石标本之一。用数码相机进行宏观摄影，然后用立体显微镜观察化石部分——植物上的微小钩子、鳞片、毛发和刺等细节，有助于更准确地识别物种。

周伟明说，为了区分缠绕植物和宿主植物的类型，他们必须将化石切割成三部分，从而获得植物的解剖结构。“根据解剖特征，我们可以了解到这种缠绕植物是一种真正的蕨类，而寄主植物是一种种子蕨类。”

“保存植物化石的生存状态非常困难，而保存三维结构就更加困难了。“庞贝植物”是研究人员的化石宝库，在世界上有着独特的保存条件。”周卫说得很清楚。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.10.005