走进伊吾侏罗纪森林

木化石是古植物学研究的重要方向，新疆伊吾县侏罗纪木化石森林的发现为研究侏罗纪的植物组成和气候环境打开了一扇新窗口。

 

新疆伊吾侏罗纪森林化石产地

 

无论是赤道附近的热带雨林，还是北极圈周围的亚寒带针叶林，树木都是森林生态系统的重要组成部分之一，不仅为人们了解植物多样性提供了依据，而且记录了它们生长时的气候环境信息。从古生代植物登上陆地开始，全球范围内陆续出现了类型多样、规模不等的森林，树木死亡后被快速埋藏，并经历一系列复杂的渗矿化作用后，就有可能形成木化石。

 

一、木化石是石头还是木头?

 

木化石主要是指地质历史时期的树木死亡后，被沉积物快速掩埋，在高压、低温、缺氧的地质环境下经历了复杂的渗矿化作用后形成的裸子植物和被子植物茎干化石，亦称为“渗矿化植物茎干”。除被二氧化硅替代外，植物的木质部还可以被方解石、白云石、磷灰石，甚至部分褐铁矿、黄铁矿等在水的作用下所替代，故又叫“石化木”。因此，通俗来说，木化石是石头，不再是木头了。

 

原位埋藏的直立木化石标本（A 和D），直径超过2 米的木化石标本（B 和E），

以及存在有机连生保存的侧枝和根系标本（C）

 

木化石在泥盆纪（距今4.19亿～3.59亿年）后大量出现，与植物的叶片、繁殖器官等化石相比，它不仅能够提供系统分类学信息，而且可以帮助科学家利用其保存的特殊结构开展古气候、古环境、古生态学和古物候学等研究，是认识植物系统演化、森林植物组成面貌以及古地理的重要载体之一。

 

二、侏罗纪木化石的研究进展

 

全球各地的陆相地层中发现了不同时代、不同保存形态的木化石，木化石的研究贯穿了整个地质历史时期。例如，中生代的裸子植物以侏罗纪和白垩纪早期最为繁盛，其中松柏类在侏罗纪陆地生态系统中占据了重要位置。侏罗纪距今有2.01亿～1.45亿年，是地球演化和生命发展的重要地质历史时期，也是植物繁盛发展的关键时段。

 

在全球范围内，侏罗纪木化石的研究开展得很早，有一定的研究基础。目前共报道侏罗纪木化石55属213种，分布在七大洲的侏罗纪陆相地层中。其中，亚洲有木化石37属106种，以东亚、南亚和中亚地区报道最多。欧洲的侏罗纪木化石研究历史悠久，在系统分类、古气候和古环境重建以及森林面貌复原等方面进行了大量系统性工作，共报道木化石25属58种。美洲报道木化石18属43种，如美国和阿根廷等国均有大量侏罗纪木化石的报道。非洲报道木化石10属15种。此外，南极洲和大洋洲的侏罗纪木化石研究也有报道，共4属5种。在213种侏罗纪木化石中，贝壳杉型木（Agathoxylon）、异木（Xenoxylon）和短木（Brachyoxylon）是这一时期广泛分布于全球的树木。

 

科考队采集木化石标本

 

中国的木化石记录丰富多样，是全球发现和报道木化石最多的国家之一。历史上，古人在唐宋元明清各朝代均有对木化石的记录和描述。我国著名植物学家张景钺院士对“河北异木”的报道拉开了中国木化石研究的序幕。目前，我国已报道各类侏罗纪木化石24属58种，大多数出土于东北地区（22属32种），此外还有华北地区7属13种、西南地区5属8种和西北地区7属8种。

 

三、伊吾侏罗纪森林的发现

 

新疆维吾尔自治区位于我国西北边陲，古称“西域”，自古以来与欧洲、西亚、印度、中东有各种贸易往来，是陆上“丝绸之路”的必经之地。新疆地质历史时期的地层发育齐全，从上太古界至新生界均有出露，其中侏罗系以陆相地层为主，是古生物学研究的重点地区之一。

 

2016年10月，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的汪筱林研究员带领哈密科考队，在新疆哈密市伊吾县淖毛湖地区的中侏罗世地层中发现了大量木化石标本。由于发现地点位于伊吾县境内，故将其命名为“伊吾侏罗纪森林”。

 

该木化石森林所展现的良好保存状况和巨大规模，在全球的侏罗纪木化石森林中都极为罕见。在云南大学古生物研究院冯卓研究员的指导下，目前共发现木化石2777棵，其中不仅有直径超过2米的木化石标本、存在有机连生保存的侧枝和根系标本、保存了树皮的茎干标本和幼茎标本，而且有多个层位存在原位埋藏的直立木化石标本。

 

伊吾原始叶枝杉型木（A、B、C）、贝壳杉型木（D、E、F）、汪氏管状贝壳杉型木（G、H、I）和美丽伊吾松（J、K、L）

 

伊吾侏罗纪森林已研究报道的木化石有伊吾原始叶枝杉型木（Protophyllocladoxylonyiwuense）、贝壳杉型木（Agathoxylon）、汪氏管状贝壳杉型木（Ductoagathoxylon wangii）和美丽伊吾松（Yiwupitys elegans）。这些木化石均保存精美，其中汪氏管状贝壳杉型木和美丽伊吾松保存了髓、初生木质部和次生木质部，通过相关的木材解剖学研究，可以了解木化石的结构特征，从而厘定它们的分类学归属，反映植物组成面貌，探讨木材结构的演化情况。

 

虽然贝壳杉型木和伊吾原始叶枝杉型木没有保存髓，但是精美的次生木质部中展现了清晰的生长轮。木材的演化具有很高的保守性，因此，古植物学者可以“将今论古”，把现生树木的生长轮定量研究方法应用到木化石生长轮的研究中。同现生树木一样，木化石是记录自然界气候环境变化和生理反应现象的载体，特别是生长轮记录了其生长时的气候环境信息。基于对贝壳杉型木和伊吾原始叶枝杉型木中生长轮的研究，表明伊吾侏罗纪森林具有稳定的水热条件来供应树木生长，并存在规律的季节性变化，属于北方温暖带湿润气候区，松柏类落叶树种构成了森林植被的主体。研究结果也间接证明了全球气候在中侏罗世都是以温暖为主，中高纬度地区以落叶植物为主。

 

贝壳杉型木的次生木质部中展现了清晰的生长轮

 

我们还在汪氏管状贝壳杉型木第1～2个生长轮间发现了一个三角形的伤口。该伤口发育了愈伤组织，表明树木生活在偶发性压力胁迫的生长条件下，形成层和树皮部分在树木生长的幼年阶段遭受过创伤，然后通过自身的生理反应发育出愈伤组织进行保护，并成功地存活下来。

 

我们也在原始叶枝杉型木的次生木质部发现了典型的真菌白腐结构，如管胞腔中存在大量横隔，管胞次生壁降解明显。

 

汪氏管状贝壳杉型木生长轮之间的愈伤组织（A、B、C）和原始叶枝杉型木次生木质部中真菌活动的痕迹（D、E、F）

 

四、木化石的研究价值

 

侏罗纪世界不仅生活着各种类型的恐龙，而且孕育了形形色色的植物，正是因为植物的多样性，才有了绿色的大地和多彩的世界。

 

古植物学是一门研究地质历史时期各类植物的学科，具有悠久的发展历史。从木化石中探索当时植物的特征和其演化历史，围绕重大的地质转折时期，特别是在生命演化的关键地质历史时期，了解树木是怎样演化的、气候环境是怎样变化的以及陆地生态系统是如何演替的，这些都是木化石研究关注的重要科学问题。

 

伊吾侏罗纪森林的发现为人们了解纷繁复杂的侏罗纪打开了一扇新窗口。未来，我们将深入且系统地研究木化石森林中树木的多样性，探讨如何利用木化石的生长轮反映地质历史时期的森林生产力，以及利用3D复原技术和相关软件对木化石森林进行精准的复原。

 

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编辑：郭俊丽

校对：张   凡

审核：梁   忠

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