最古老的維管植物出現在貴州？或它只是大自然的玩笑？

知識 10-11

幾年前在貴州鳳岡縣調研的時候，聽聞當地人說，在鳳岡有一種「最早的陸生植物」化石，名喚黔羽枝(Pinnatiramosus qianensis Geng)，故一直心痒痒，想要一睹其尊容，最後，終於在縣文化館裡見到了這個標本：

它的樣子，遠比我心中的最早陸生植物複雜。我天真地以為，早期登陸的植物該是嬌小可愛且赤身露體，比如這個只有2.5cm高的頂囊蕨（Cooksonia pertoni，下圖，發掘於南威爾士的上志留紀地層）。

可是黔羽枝這個傢伙長得像瓶刷！於是在一番搜索考證後，發現專家們給它的靠譜頭銜是：疑似最早的維管植物的化石。

好吧，維管植物就是具有維管束的植物，維管束就是吃老芹菜時我們理出來的筋一樣的東西。有兩種管子成束地位於這些筋里：一種管子裡面是水，負責輸送水和溶解在裡面的礦物質；另一種管子裡面是細胞質，負責輸送有機營養——沒錯，這就是中學生物學過的木質部和韌皮部。

如果不考慮輸送液體的動力和方向，維管束約等於植物里的血管，它們遍布植物全身：比如老芹菜的筋是葉柄里的維管束，它們也以更細小的形態出現在葉脈中；還有老蘿蔔的筋、老萵筍的筋、老西紅柿的筋等等，分別代表了根、莖和果實里的維管束。

然而為什麼強調「老」字呢？

因為維管束會木質化，這些老筋會因為木質纖維的積累而更加粗壯。可以看出，維管束還有一項功能，就是大概可以相當於植物的骨骼，能夠讓植物具有一定的強度和韌性。

由此不難理解，為何當維管束出現後，植物才開始真正意義上地征服陸地：雖然沒有維管束的藻類和苔蘚類也能在大陸上潮濕的地方生存，但它們依賴環境中的水體來運輸物質和支撐身體，無法向天空生長以追求太陽的光輝，無法向四處伸展來發育茂密的樹冠，而只有高效的疏導組織和強壯的機械組織才能讓亭亭玉立或玉樹臨風成為可能。

於是最先繁榮的維管植物類群——蕨類，在地球上第一次形成了森林，這是植物群落形式的一個巨大發展。

至今，各種主要植物群落類型，也是由維管植物主宰著，蕨類依然繁盛，而後起的另一類維管植物——種子植物則因為對潮濕環境的更少依賴而佔據了更多的優勢。

回到重點，大地的第一抹綠紗，真的很有幸地披在了貴州鳳岡嗎？

首先，發現黔羽枝化石的地層，是志留紀早期的蘭德維里世（Llandovery epoch）的上部地層，讓我們看看4.31億年前，這個地層形成時世界的樣貌：（王懌,蔡重陽. 2007. 插圖2）

上圖就是電子顯微鏡下的黔羽枝木質部的網紋管胞，希望沒有嚇倒密集物恐懼症的童鞋。（Edwards et al., 2007, Figure 6A）

可見現在鳳岡縣所在的位置，在當時是華夏古陸與上揚子海交界的濱海地區，也許是淺灘，植物的登陸作戰似乎在這裡成為了可能。

黔羽枝化石的周圍都是海洋相關的沉積，所以當人們第一次看到這個大號的瓶刷時，首先把它交給了筆石研究人員鑒定（按：筆石是一種半索動物，在志留紀的海洋中華麗地漂過……），在被否定後才被轉交給植物研究人員，囧。

於是，1986年中科院植物研究所的耿寶印在發表黔羽枝這個物種時，認為這是一種漂浮在淺海或者部分露出水面的藻類一樣的植物，只是出現了輸導組織，可現生的植物里沒有這樣的祖先，因此這可能是一條不成功的進化路線，最終它們死在了沙灘上。

後來，中科院南京地質古生物研究所的蔡重陽，王懌等又多次去貴州鳳岡採集化石標本，並於1996年在《自然》雜誌上發了一篇文章，通過發現了有紋孔的管胞一樣的組織——管胞是細胞壁木質化的死細胞，而紋孔是細胞壁不均勻加厚形成的紋理，這是典型的維管束木質部的組成單元——而證實了黔羽枝應當是一種維管植物。因為之前已確定的維管植物最早出現於志留紀中期，這個采自志留紀早期地層的化石植物就成了最早的維管植物。

這個消息造成了轟動，而爭議也隨之而來。過去認為，這樣的網紋管胞在幾千萬年以後的泥盆紀才開始出現，為什麼志留紀早期海洋地層里會有如此穿越的植物？

英國卡蒂夫大學(Cardiff University)的古生物學家Dianne Edwards對黔羽枝的質疑是，它真的是一種「枝」么？現有的標本裡面，沒有任何與生殖相關的器官，並且沒有與光合作用相關的氣孔，而它們的生長和分支方式酷似植物的根系。

因此，Edwards認為這是一種植物的根的化石。如果這是真的，那麼問題就需要換一個角度考慮了：在發掘出黔羽枝的志留紀地層之上，還堆積著2.9億年前的二疊紀地層。在二疊紀，維管植物們已經在地面上大行其道了，這時，某種植物的根系或許碰巧伸入了它腳下的志留紀岩石的縫中，然後又碰巧一起變成了化石，於是成了今天我們所見的讓人或興奮或困惑的「黔羽枝」。大自然也許只是調皮地和我們開了個玩笑。

至少現在可以確認的是，黔羽枝是一種維管植物，而且我們在志留紀的地層中發現了它。不論它是植物的哪一部分，如果它真和它所在的地層是同時代的，那麼也許這就是我們所見到的最早的維管植物大化石了，如果再加上確切的地上部分和生殖器官，我們幾乎就可以說維管植物從貴州的古揚子海邊開始征服大地了。

可是如果它真是二疊紀植物的根，那麼我們要是能找到一種有類似根系的二疊紀植物就能證實這一點了。

然而，並不是所有植物都能保存為這麼清晰的化石，在獲得更多化石證據之前，我們還有什麼方法辨認事情的真相呢？嗯，大家一起想一想吧。

參考文獻：

[1]Cai C., Ouyang S., Wang Y., Fang Z., Rong J.,Geng L. & Li X. (1996). An Early Silurian vascular plant. Nature 379: 592

[2]Edwards D., Wang Y., Bassett M.G. & Li C.-S.(2007). The earlist vascular plant or a later rooting system? Pinnatiramosus qianensis from the marinelower Silurian Xiushan Formation, Guizhou Province, China. Palaios 22: 155-165

[3]郝守剛,王德明,王祺.(2002). 陸生植物的起源和維管植物的早期演化. 北京大學學報（自然科學版）38: 286-293

[4]王懌, 蔡重陽. (2007). 貴州鳳岡志留紀晚Llandovery世植物黔羽枝研究綜述. 古生物學報 46: 269-277

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本文來自科學松鼠會