最古老的森林是如何长成的？

在距今约3.8亿年前的泥盆纪，地球上最早的森林出现了。在这片最早的森林中，枝蕨类植物是其中最主要的植物之一，但由于枝蕨类植物化石标本少，加上早在2.6亿年前已经灭绝，它的生长模式一直是个谜。近日，中科院南京地质古生物研究所研究员徐洪河和他的研究团队联合国外专家，破解了这一最古老树木的生长“密码”。相关研究成果于10月24日在线发表在《美国科学院院报》上。

徐洪河研究员告诉记者，泥盆纪是一个特别特殊的地质历史阶段，古植物学者已经通过美国纽约州等地的化石材料证实，最早的森林出现在中泥盆世晚期，这时大气二氧化碳的浓度发生了地质历史中最大幅度的降低。至晚泥盆世时期，森林已经拓展至当时全球的主要陆块，大气二氧化碳的浓度已经降至与现代相当的水平，最早的四足动物(两栖类)已经适应陆地生活。陆地生态系统在中泥盆世的完善与发展对其后包括人类在内的所有陆地生物的起源和演化都产生了深远的影响。

说到森林，总会想到参天大树。徐洪河介绍，植物的生长包括增高和增粗两个方面，只有达到一定粗壮程度的植物才能足够高大，也才能够构成森林。那么，枝蕨类植物究竟是如何生长的呢?此前，对于构成最早森林的枝蕨类植物化石，仅有铸型和压型保存的化石材料，通过这些只能了解植物体的外部形态。而构成泥盆纪森林的植物往往外部形态相近，而内部解剖结构和生长模式往往具有显著差异。

想要揭开植物生长的谜底，还是要靠化石标本。自2012年起，研究团队在我国新疆塔城地区开展多次地层古生物学野外考察工作，采集并研究了对该地区独特而精美保存的多门类化石。徐洪河告诉记者，“植物的解剖结构记录了植物体的生长发育信息，只有通过对植物解剖结构的研究，才能了解植物体生长过程，尤其是至关重要的植物如何加粗生长。新疆塔城地区硅化保存的植物化石显示出了枝蕨类植物独特的内部解剖结构。”

新疆硅化保存的枝蕨类植物最大直径达70厘米，是最早的硅化木，其内部结构独特，至少30枚独立的茎维管束交错排列，构成双环状的圆柱形维管束群，维管束群外围布满了根，这些维管束均具有明显的次生木质部和加粗生长，也具有生长轮(年轮)。此类枝蕨类植物的茎维管束彼此交错成复杂的立体网格，植物体在生长过程中，通过增大单个茎维管束的直径以及不断分生出新的根，而改变维管束群的立体网格结构，进而完成加粗生长，同时，植物也变得越发高大。构成早期森林的枝蕨类植物这种加粗生长的方式与现代植物中的某些单子叶植物具有一定的相似性。

尽管新疆硅化保存的这批化石并不是地球上最早的枝蕨类植物，但是，通过对它们内部“骨骼”的研究，识别出了枝蕨类植物类群加粗生长的模式，重建了枝蕨类植物的生长模型。该研究是古植物学领域的理论性研究，对于早期陆生植物的演化、陆地生态系统的发展以及现代生物学的相关研究均具有重要的参照意义。