近日，北京大學地球與空間科學學院王德明教授研究團隊的科研成果「亞洲最古老、泥盆紀面積最大的化石森林及其最早的根座型根系」入選「2019年度中國古生物學十大進展」。
森林最早出現在泥盆紀，之後遍布陸地並極大地改變了地球環境。然而，泥盆紀森林的記錄極其罕見，直到最近幾年，研究人員才從歐美發現了個別化石產地。相比而言，石炭紀晚期的熱帶沼澤森林全球廣布，有數百個產地，主體植物是石松類的高大喬木。根座型（stigmarian）根系（或稱為根狀體）是這些樹木的典型特徵，但在泥盆紀還未得到證實，導致它的早期演化情況長期以來都不清楚。另外，泥盆紀森林與環境的關係還需要得到更多認識。
通過20多次的野外工作，王德明教授研究團隊從安徽省廣德市新杭鎮的上泥盆統法門階（距今3.72—3.59億年）五通組地層發現並研究了一個出露面積至少250,000m2的原位森林。新杭森林由多個世代的小型石松類樹木Guangdedendron（廣德木）的單一物種組成，局部密集排列，密度達38株/m2；樹木主幹細長而無側枝，頂端二分叉後形成一個簡單樹冠，懸掛成對或者單獨的大孢子葉球。廣德木具有根座型根系，即：樹幹基部四等分，每一部分均延伸形成二分枝的根狀體，著生螺旋排列的小根。
泥盆紀新杭森林景觀復原圖。森林由小型石松樹木——廣德木（Guangdedendron）組成，分布在晚泥盆世熱帶的濱海岸邊（鄧珍珍等繪製）
新杭森林中的廣德木的營養和繁殖器官表明它很可能是雌雄異株和單次結實的植物，它的簡單柱狀結構和小型樹冠有助於接收光線和緩解擁擠。根系體積小，且小根向周邊淺層展布，反映所處生境水源充足。埋藏學和沉積學的初步證據表明，新杭森林生活在熱帶碎屑巖基底的濱岸溼地並受到波浪的影響。
廣德木的根座型根系（王德明供圖）
新杭森林是我國乃至亞洲最早、泥盆紀出露面積最大的森林，它的發現拓展了早期森林的地理分布範圍，證明stigmarian根系首現於泥盆紀，增進了人們對早期石松植物生活習性的認識。新杭森林的研究說明，泥盆紀森林具有巨大的生物量，通過光合作用和後續的泥炭埋藏，促進了晚古生代大氣CO2濃度的明顯下降。廣德木的高分布密度、氣生莖的構型、密集的根系表明它適應動蕩的濱海環境，像現代的紅樹林那樣有利於海岸地帶的水土保持。
該項研究相關研究結果以article形式於2019年8月19日發表在Cell集團期刊《當代生物學》(Current Biology)。該刊同期的評論文章（C.M. Berry）認為：我們研究的森林「令人驚嘆、異常廣闊，闡明了關鍵根系的演化」（spectacular, remarkably extensive, sheds light on the evolution of key rooting systems），「極其罕見」（incredibly rare），「揭秘森林生態系統的全球分布、生態特徵和溼地植物的發育」（sheds light on the global spread of forest ecosystems, their ecology, and the development of wetland plants），「無疑具有最早的根座型根系」（has the earliest known attached unequivocal stigmarian rooting system）。美國國家地理National Geographic認為我們研究的植物「根系異常發達，為石炭紀沼澤森林的形成奠定了基礎，並逐漸演化成為今天開採的大部分煤炭」，這些煤炭「就是引發工業革命的原因」，「是我們現代文明的基礎; 我們第一次在這片森林中看到的這樣的根狀結構」。
王德明在新杭化石森林產地工作（王德明供圖）
該項研究得到了國家自然科學基金項目（41672007, 41802015）資助。
論文信息：Wang De-Ming*, Qin Min, Liu Le*, Liu Lu, Zhou Yi, Zhang Ying-Ying, Huang Pu, Xue Jin-Zhuang, Zhang Shi-Hui, Meng Mei-Cen. 2019. The most extensive Devonian fossil forest with small lycopsidtreesbearing the earliest stigmarian roots. Current Biology, 29: 2604-2615. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.06.053. (*corresponding authors)