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新疆出土 3.74 億年樹木從內部撕裂生長 學者形容機制「瘋狂」

2017/10/25 — 14:59

2012 年於新疆出土、約有 3.74 億年歷史的枝蕨綱 (Cladoxylopsida) 化石,其生長機制不單未有出現於現代樹木,更可能是世上最複雜的植物。

現代樹木的生長模式相對簡單:樹幹的最外層靠數以百計的木質部 (xylem) 維管束組成,這些維管束會將根部的水份及養份帶到其他枝葉;新的木質部會在最外圍長出,增加樹的厚度支撐樹木長得更高,同時木質部亦會因為周期性季節生長速度與養份不同,形成顏色不一的年輪。然而,於泥盆紀 (Devonian period) 出現的枝蕨綱植物生長機制並非如此。

枝蕨意想圖
Credit: Peter Geisen

枝蕨意想圖
Credit: Peter Geisen

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兩個同在 2012 年新疆塔城地區出土的枝蕨化石樣本,因為火山熔岩矽化而保存到當中的三維細胞結構。透過研究這些化石,中國與多國學者聯合團隊發現,枝蕨莖部最外層是 5 厘米厚的多層木質部維管束,這些維管束有組織地排列,中間有軟組織,並形成互相連接的供水網絡,枝蕨樹幹的最中心則為中空。當枝蕨生長時,維管束會分裂出新的維管,中間的軟組織會被逼出,令樹幹直徑更大,同時每個維管束會各自發展出一個年輪,猶如樹中樹。

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Credit: Xu, H.H. & et al. (2017).

Credit: Xu, H.H. & et al. (2017).

這個生長機制可令樹幹直徑增加,支撐枝蕨長得更高;團隊估計枝蕨可達 8-12 米高,樹幹闊度約 70 厘米。不過此機制同時會撕裂木質部骨幹,枝蕨要不斷自我修復。加上維束管的重量受地心吸力影響,不斷擠到樹木的較底部,因此令其上窄下闊。

化石上有多層黑色木質部維束管,灰色為軟組織,中心位置則為空心
Credit: Dr. Chris Berry/Cardiff University

化石上有多層黑色木質部維束管,灰色為軟組織,中心位置則為空心
Credit: Dr. Chris Berry/Cardiff University

有份參與研究的中國科學院南京地質古生物研究所考古學家徐洪河表示,這種生長機制未曾在地球史上任何一種植物中發現。另一研究作者、英國卡迪夫大學古植物學家 Chris Berry 教授形容機制「瘋狂」,更指枝蕨在 4.1-3.6 億多年前的泥盆紀扮演著重要的生態角色。這些枝蕨極有可能形成了世上第一代的樹林,吸收大氣中的二氧化碳呼出氧氣,改變了地球氣候以及生命發展方向。

雖然枝蕨在生物演化上非常重要,是蕨類 (ferns) 與木賊 (horsetails) 的共同遠古祖先,但枝蕨並無現代直系子祠。它們在泥盆紀末期已消失。團隊相信當時有更高的樹木出現遮擋陽光,又或是氣候已再度改變更適合古蕨屬植物 (Archaeopteris) 生存,令枝蕨滅絕。而現代樹木祖先於 3.85 億年前出現。

研究現已刊於《美國國家科學院院刊 (PNAS)》。

來源:
Science, The world’s first trees grew by splitting their guts, 23 October 2017
Phys.org, Fossils from the world's oldest trees reveal complex anatomy never seen before, 23 October 2017

報告:
Xu, H.H., Berry, C.M., Stein, W.E. & et al. (2017). Unique growth strategy in the Earth’s first trees revealed in silicified fossil trunks from China. PNAS 2017 published ahead of print October 23, 2017. doi:10.1073/pnas.1708241114

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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