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憨豆情缘 精选

已有 6710 次阅读 2023-1-30 17:08 |个人分类:科普|系统分类:科研笔记

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图1 英国喜剧演员憨豆先生(照片来自网络)

憨豆先生(Mr. BeanRowan Atkinson)是一位英国家喻户晓的喜剧演员(图1),演出过许多脍炙人口的电影和电视剧,有许多的粉丝。我和憨豆有着四十年的缘分,但此憨豆非彼憨豆。我说的憨豆,是一枚有着椭圆形的豆荚和一个长长果柄的豆子化石。我称其为憨豆,一是为了蹭憨豆先生的热度,二是这枚豆子是我这个愚钝之人采集到的第一块化石。

我和憨豆的情分源于40年前。1983年的初春,我独自到云南小龙潭采集植物化石。刚到小龙潭煤矿的第二天,我就背着地质包拿着地质锤去采集化石。在偌大的露天煤矿,我东敲敲西打打,几天下来一无所获。一个星期很快就过去了,我仍旧一无所获。正当我动摇失望之际,憨豆出现了。那天当我打开了一块泥灰岩的时候,一枚豆荚清晰的印在其中。那个时候我虽然不知道它准确的分类学地位,但是可以肯定是豆科植物的化石(图2)。这枚豆子的发现,无疑是给一个沙漠中干渴欲死之人送去了甘露。这枚豆子的发现坚定了我的信心,我在其周边不断的敲打,不断有化石被发现,我终于找到了化石窝子(fossil hub)。接下来的近一个月的时间,我在小龙潭煤矿采集了近1000块化石,获得了开展硕士论文的材料,开启了我的古植物研究之路。

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图2  40年前在云南开远小龙潭发现的单籽豆化石

完成野外工作回到研究所后,我开始了化石整理和鉴定工作,考虑到给我带来好运的那枚豆子,我想第一个鉴定它。由于它的特征明显,在地层中分布广泛,资料丰富,很快我就确定它的分类学地位。接着又查询了资料,了解单籽豆的化石历史。1992我和硕士生导师郭双兴教授,在著名古植物学DilcherHerendeen主编的豆科植物化石的专著中,报道了我们的发现。

据说“我是谁,我从哪儿来,我要去哪里”是哲学层面的灵魂三问?在古植物学的研究中,也有灵魂三问。我是谁,对于我们而言,就是进行分类鉴定确定系统位置,我从哪里来,就是探索起源时间起源地点,我要去哪里,则是一个典型的生物地理学问题,就是要解释地理分布格局的成因。

第一个问题很快就找到了答案,这憨豆是一个已经灭绝的类群,早在1859年古植物学家Heer根据采自瑞士中新世地层中大量完成的标本,描述了这个类群,它的学名是单籽豆(Podocarpium A. Braun ex Stizenberger (formerly Podogonium Heer)。单籽豆在欧亚大陆的新生代地层中,有着广泛的分布。最早的单籽豆化石可以追溯到3400万年以前(始新世),到了上新世(260万年)单籽豆从地层中消失,它们在地球上存在了3000万年。

回答第二个问题,比较麻烦。要回答这个问题需要几条线索,一是它最早的化石出现在哪里?二是它后裔分布在哪里。根据2015年之前的化石记录,最早的单籽豆化石是发现于罗马尼亚和法国早渐新世(大约3300万年)的地层。2015年中山大学金建华的研究团队报道了­发于海南长昌盆地和广东茂名盆地中始新世(大约4000万年)地层中的单籽豆化石,将其定名为:始新单籽豆(Podocarpium eocenicum Xu et Jin)(图3)。查阅已有的化石资料,确认海南长昌和广东茂名4000万年地层中的单籽豆是目前已知最早的化石记录。第二条线索我的后裔是谁?我的远亲和紧邻又是谁?植物学家根据化石形态学特征,推断豆科云实亚科的甘豆族和单籽豆在形态特征上最为相似,有可能是单籽豆的近亲或后裔。

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图3 广东和海南发现的始新单籽豆

甘豆族又是什么呢,不熟悉植物学的也许不知道甘豆族又是一个什么东东,这里列举一些甘豆族的成员,帮助大家理解。去过西双版纳版的游客,大多见过一种叫无忧花的植物(图4-6),导游小姐一定会告诉你看了无忧花,你就无忧无愁了。版纳的旅游市场上经常可以看到一种缅茄的豆子做的菩提子(图7-9)。无忧花和缅茄都是甘豆族的成员。

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图4 无忧花(Saraca dives)( 朱仁斌版权所有)

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图5 无忧花(含果实)(版权所有黄健)

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图6 无忧花果实(林秦文版权所有)

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图7 缅茄(Afzelia sylocarpa)(Sudarat Homhual 版权所有)

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图8 缅茄的果实

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图9缅茄种子做成“菩提子”

有这两条线索,并不能完全回答单籽豆起源时间和起源地点的问题。但是能够接近这个答案。金老师团队在文章中做了这样的假设:在大约4000万年,单籽豆就已经出现在华南,在图尔盖海峡关闭以后扩散到了欧洲。这个假说与当前的古植物学和古地理学的证据是吻合的。

2018年我应邀在古植物学专业期刊“Review of Palaeobotany and Palynology”主持一个关于亚洲新生代植物多样性的一个专题,在处理稿件的过程中,兰州大学闫德飞教授的一篇文章引起了我的极大兴趣。这篇文章报道了发现于柴达木盆地渐新世地层中的单籽豆化石(图10)。在青藏高原植物区系与北半球植物区系的相关性的研究中,根据单籽豆的化石在地质历史时期分布的轨迹,我们提出了单籽豆北上青藏高原的假说。

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图10 发现于柴达木渐新世的单籽豆

2017年以来,我们的研究团队每年都要去青藏高原进行科学考察,每年都会采集到大量的植物化石,随着研究的深入,青藏高原的化石的新发现,不断更新着我们对青藏高原植物多样性面貌的认识。

在对伦坡拉盆地晚始新世雄梅植物群组成的研究中,我们又发现了单籽豆的化石。憨豆的特质,使得我们很快确定这是单籽豆。通过对比全球已经发现和报道的单籽豆化石的形态特征并进行了几何形态数值分析,我们发现伦坡拉雄梅发现的这个单籽豆是一个新种,我们命名为西藏单籽豆Podocarpium tibeticum W.-C. Li, J. Huang et T. Su。这个新种与其它单籽豆的主要区别特殊是:果荚两侧不对称、果喙鹰嘴状、果实基部明显倾斜(图11)。

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图11 发现伦坡拉盆地的单籽豆化石

西藏单籽豆是单籽豆属在青藏高原迄今最早的化石记录,这一发现表明在3500万年单籽豆已经分布到了青藏高原中部。在此基础上我们利用古地理模型模拟了单籽豆可能的分布区,根据模型模拟的结果(图12),我们进一步肯定了单籽豆起源于于东亚,在4000万年前,他们在华南有着广泛的分布,在3500万年,单籽豆北上青藏高原,然后沿着新特提斯洋的岛链通过低纬度路径向西传播至欧洲;但横跨中国中东部的干旱带在晚渐新世/早中新世消失后,华南的单籽豆扩散至华东(浙江、江苏和山东,这几个地点中新世地层中都到有单籽豆化石的报道)。

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图12 古气候模型模拟的单籽豆可能的分布区

非常高兴的是我也参与了青藏高原单籽豆化石的研究,虽然研究的主力已经换成了我学生的学生。这就是我和单籽豆四十年的情缘。至此,我们并没有完全回答了,关于单籽豆的灵魂三问,我和憨豆的情缘还要继续。




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