孢粉化石:顯微鏡下講故事—新聞—科學網

2020-11-24 科學網

 顯微鏡下的孢粉

「自從4億年前植物登陸陸地以來，我們的天空可以很多天不下雨，但幾乎沒有一天不在下孢粉雨。這些化石一定以某種方式記錄了它們所經歷的一切，只是我們現在還缺少解讀這些信息的手段，相信通過孢粉學家未來不斷的努力和創新，孢粉學以後會大有可為。」

本報記者 袁一雪

孢粉是孢子和花粉兩種植物生殖配子體的簡稱。其中，孢子是孢子植物的雄性生殖細胞，花粉則是種子植物的雄性生殖細胞。將孢子與花粉研究合二為一的孢粉學，是研究這兩者以及帶有機質壁的微體化石（孢型化石）的一個學術分支，屬於地質學和植物學的一個交叉領域。

中國科學院南京地質古生物研究所研究員劉鋒就是研究孢粉學的學者之一。1月，劉鋒與同事、中國科學院南京地質古生物研究所研究員歐陽舒、盧禮昌和朱懷誠共同編撰的《中國晚古生代孢粉化石》專著由中國科學技術大學出版社正式出版。書中收集了1960～2008年以來公開發表的有關文獻及孢粉屬種，共295屬，2288種，是對我國晚古生代（包括少量晚志留世）孢粉化石50年研究成果的首次系統總結。

13年磨一劍

為了編撰《中國晚古生代孢粉化石》，劉鋒花費了13年的時間。

2005年，開始碩士研究生學習的劉鋒就開始搜集1960～2008年在我國發現的石炭紀的孢粉化石。「在這本書撰寫前期，我主要負責搜集相關資料，但從2009年之後，由於本書的前兩位作者的年事已高，身體狀況也不佳，之後從2009年到2015年我和朱懷誠老師承擔了全書大部分孢粉屬種的描述與修訂，文字修改與校對、圖版排版等工作。」劉鋒在接受採訪時告訴《中國科學報》記者。

編纂圖書的瑣碎工作超出了劉鋒的想像。「最記憶猶新的事情是在第二次審稿過程中發現我們全書的全字符、半字符和破折號等使用不統一。主要是因為微軟Word對列印體的全字符與半字符的差別也不是很明確，所以致使全書不統一，而且書中還涉及到很多英文符號，所以工作異常複雜。」劉鋒回憶道。為了讓這些小小符號「整齊劃一」，劉鋒調整了整整三周，「當時我還承擔著國家的科研基金工作，還要發表科研論文，所以只能加班熬夜來完成這些工作」。

最終，這套分為上、下兩冊的專著出版，內容按照時間順序分為五章：第一章是晚古生代化石孢子、花粉系統分類下的屬種描述；第二到第四章則分別總結了我國泥盆紀、石炭紀和二疊紀孢粉組合的演替序列，包括泥盆系—石炭系、石炭系—二疊系以及二疊系—三疊系的孢粉地層學界線；第五章探討了若干理論上和生物地層上的問題，包括陸生維管束植物起源於早志留世的孢粉證據、我國石炭紀—二疊紀孢粉植物群分區、裸子植物花粉優勢組合在我國石炭—二疊紀出現的時間和空間分布序列及其在植物學、地質學上的意義。

理想與現實

《中國晚古生代孢粉化石》出版意義重大，孢粉化石本身也極具研究意義。2004年，本科即將畢業的劉鋒在其母校——中國地質大學（武漢）首次接觸到了微體化石這門課程，其中涉及到不少孢粉學的內容。初次接觸，劉鋒發現孢粉學不僅可以開展科學研究，而且能為國民經濟建設作貢獻。於是，懷著滿腔熱情的劉鋒在老師的推薦下，考取了中國科學院南京地質古生物研究所的碩士研究生，開始研究古生代孢粉學。

正式開始研究生學習後，劉鋒之前研究孢粉學的熱情很快被潑了一盆冷水，困難接踵而來。首先，由於孢粉太小，相較於恐龍、三葉蟲等其他「明星」古生物門類化石在公眾心中的知名度很低，所以孢粉學為研究手段的科研論文，除非是對於人類誕生以來氣候變化有重大意義，否則很難發表在國際高級別綜合科研期刊上。其次，孢粉學的工作量很大。「因為這類化石太小，所以大部分工作只能在顯微鏡下完成，而且這些工作並不能被一些機器所取代，只能憑藉科學家一雙肉眼，每天在成千上萬個塵埃般大小的顆粒中尋找，所以，很多年紀較大的孢粉學家視力都不大好。」劉鋒說。如此巨大的工作量也勢必影響孢粉學相關科研論文的產出速度。

理想雖然被現實澆了冷水，但也讓劉鋒對這項研究領域有了更深入也更清醒的認識，「雖然在今天國內的科研評價體系下看，這個研究方向真的不具有什麼吸引力，但是我個人認為孢粉學研究依然具有光明未來」。

劉鋒研究的是古生代孢粉學。這一學科始於上世紀30年代，隨著光學顯微成像技術的出現和成熟，科學家慢慢發現了這些在地層中保存的微小化石。當時，英、德等工業強國在第一次工業化革命期間，需要大量的煤炭資源，而在煤炭的勘探開採過程中，涉及到很多煤層時代確定以及煤層劃分對比的問題。而孢子花粉化石的產量巨大，被保存為化石的潛力也很大，是在陸相地層中最為常見的一類化石。很多地層學家逐漸認識到這類微小化石在大多數煤層中都普遍存在，可以被用作煤層劃分與對比的化石標誌，所以導致了之後的孢粉學研究繁榮。

「自從4億年前植物登陸陸地以來，我們的天空可以很多天不下雨，但幾乎沒有一天不在下孢粉雨。這些化石一定以某種方式記錄了它們所經歷的一切，只是我們現在還缺少解讀這些信息的手段，相信通過孢粉學家未來不斷的努力和創新，孢粉學以後會大有可為。」劉鋒篤定地說。

小化石蘊藏大秘密

現在，劉鋒的研究內容並不只局限於孢粉化石。

孢粉學，英文的Palynology一詞源於希臘文動詞paluno，有擴散或撒向四周之意，它是在實驗室通過HCl-HF-HCl標準實驗流程獲得一系列的直徑在200微米以下的有機壁類化石的總稱。「除了很多來自陸地的孢子和花粉外，還有很多來自海洋的疑源類、溝鞭藻、幾丁蟲和蟲牙等化石。如今，這些微體化石已經被廣泛運用於煤炭、石油、天然氣以及地下水等資源勘探過程遇到的地層劃分與對比工作中，對於這些資源的勘探與開發具有重要意義。」劉鋒介紹道。

同時，對於這些微小化石多樣性演化的研究，也可以為研究不同地質歷史時期陸地植被或海洋浮遊植物的演變提供重要的證據，從而為研究古代氣候、古環境和古生態的演變提供化石證據。

「特別是第四紀孢粉學的研究對於研究人類誕生以來的氣候變遷以及氣候對於人類演化和歷史演進的影響都具有重要意義。」劉鋒說，「但相較於第四紀孢粉學，前第四紀孢粉學還是一個有待深入研究的空白領域。第四紀以前90%以上的化石孢粉的母體植物基本不明確，如果能夠知道這些孢粉化石是由哪些植物產出的，將會極大推動前第四紀孢粉學的研究。」

未來，劉鋒會嘗試使用能譜和光譜手段進一步推進相關研究。

《中國科學報》 (2018-03-02 第5版 文化)

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