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晚二叠世新木化石揭示复杂的生态和营养关系

作者: 韦海波   信息来源:    发布时间: 2019-11-21

 

木化石,是泛指生长在地质历史时期的裸子植物(尤其是松柏类)及被子植物茎干保留在地层中的残体,据成因及形成环境不同,大致分为渗矿化(硅化、钙化、黄铁矿化等)、煤化及丝炭化三大类。中国晚古生代华夏植物群报道了大量裸子植物木化石,且研究工作主要是对芦木、科达、松柏和似银杏等类群木材木质部解剖特征的描述与对比,也涉及到对树皮解剖、叶迹发育、植物生态生理响应、植物昆虫相互作用关系等创新性的研究工作。这些研究为全面了解华夏植物群植物分类多样性、古气候、古生态条件等做出巨大贡献。

真菌、植物和节肢动物是地球上分异度最高的生物种类,它们之间的相互作用关系成为当今陆地生态系统的重要组成部分。地质历史时期真菌—植物、植物—节肢动物相互作用的出现与世界范围内碳化木化石和硅化木化石的出现密切相关。到目前为止,华夏植物区系木化石中所含的真菌—植物、植物—节肢动物以及真菌—植物—节肢动物三者之间相互作用的化石记录证据只有零星的报道和研究。

近年来由云南大学深时陆地生态研究所冯卓研究员带领的科研团队,对晚古生代晚期华夏植物群木化石中真菌—植物—节肢动物相互作用进行了深入研究,取得了阶段性的成果和发现。近期,国际古植物学权威期刊《古植物与古孢粉学论评》(Review of Palaeobotany and Palynology)报道了该研究团队在我国华北地区上二叠统顶部保存的木化石新成果。韦海波助理研究员为该论文的第一作者,冯卓研究员为该论文通讯作者。

研究团队在宁夏回族自治区石炭井地区上二叠统顶部采集到保存精美的木化石标本。经研究发现,该标本为密木型维管植物,圆柱形,髓实质,由薄壁细胞组成。初生木质部内始式。髓细胞边缘的射线细胞异常膨大且射线细胞径向壁具纹孔为该木化石的典型标志。初生木质部管胞从原生木质部到后生木质部具环纹、螺纹与梯纹加厚。次生木质部由管胞、射线、轴向薄壁细胞组成。次生木质部管胞互列分布,少数对列。交叉场纹孔柏木型,通常每孔1—2个。射线多单列,1—14个细胞高度。叶迹沿髓圆周分布,从髓边缘各自发出穿过整个木质部,分叉或不分叉,螺旋状分布。经研究对比后归为宁夏木属,建立宁夏木一新种,并依据化石产出地名定义为石炭井宁夏木(Ningxiaites shitanjingensis)。为该地区晚二叠世晚期华夏植物群植物群多样性提供了新证据。

更重要的是,该木化石保存了精美的菌丝、节肢动物粪便化石等。该标本髓中位置有明显的蛀孔,研究人员识别出了两种节肢动物的粪便化石,其中内含无法识别植物组织的较小粪化石与甲螨粪化石相同,而含未消化植物细胞的较大粪化石,可能是远古的多足类所产生的。此外,当前木化石中有很明显的菌丝和侵填体,通过观察研究,多数去木质化明显的地方,横切面及径切面均可识别出典型的细胞中间层缺失,据此推断出当前降解木质素的结果功能上属于白腐真菌所为。

当前研究成果,丰富了我国晚古生代晚期华夏植物群的化石记录多样性,表明真菌—植物—节肢动物复杂的生态关系和营养网络在乐平世已形成。为晚古生代陆地生态系统的古生态研究打开了新窗口。

本研究得到国家自然科学基金委(U170224241672105)、中国科学院战略先导B类项目(XDB26000000)、云南省科学与技术厅(2019FJ0102018FD0082018FD092)、中国地质调查局(DD20190022)、现代古生物学和地层学国家重点实验室开放项目(20161101)的资助。

论文信息:

Hai-Bo Wei, Xu-Dong Gou, Ji-Yuan Yang, Zhuo Feng*, 2019. Fungi–plant–arthropods interactions in a new conifer wood from the uppermost Permian of China reveal complex ecological relationships and trophic networks. Review of Palaeobotany and Palynology, 271:104100.

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2019.07.005

论文部分图版:

            1、石炭井宁夏木手标本展示髓、初生木质部、次生木质部、叶迹及其分布     

2、石炭井宁夏木中节肢动物蛀孔、粪化石和保存在髓内的真菌菌丝

3、石炭井宁夏木中的白腐菌降解木质素现象及侵填体