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2.5亿年前的植物,已能“改造”地球了

古代植物的硅生物矿化作用:2.5亿年前的化石证据 研究背景与意义 近日,云南大学古生物研究院冯卓教授领导的植物古生态团队,通过多种技术手段,结合现生植物...
  • 2024-11-10
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古代植物的硅生物矿化作用:2.5亿年前的化石证据

研究背景与意义

2.5亿年前的植物,已能“改造”地球了

近日,云南大学古生物研究院冯卓教授领导的植物古生态团队,通过多种技术手段,结合现生植物与化石植物的对比研究,首次证实了2.5亿年前的植物已具备强大的硅生物矿化能力。这一发现为植物在地球系统演化中的重要作用提供了直接的化石证据,相关成果发表在《国家科学评论》上。

植物的地球改造作用

自4.7亿年前植物首次“登陆”以来,它们一直在默默地改造地球的各个圈层,使其逐渐演变为今天我们所居住的宜居家园。植物主要通过两种方式实现这一目标:

光合作用

植物通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气,这一过程显著改变了地球大气圈的成分,降低了二氧化碳含量,提高了氧气含量,从而彻底改变了早期地球上高二氧化碳和低氧气的环境。

硅生物矿化作用

植物还具有吸收周围环境中的硅元素,并将其以二氧化硅的形式沉淀在体内或体表的能力,这一过程称为硅生物矿化作用。矿化后的二氧化硅溶解性大大提高,植物死亡后,这些二氧化硅通过地表径流进入海洋,为海洋中的浮游微生物(如硅藻)提供营养,促进了海洋中的碳循环,进一步消耗大气中的二氧化碳。

植物硅生物矿化作用的益处

植物的硅生物矿化作用不仅对地球系统有深远影响,对植物自身也有诸多好处。例如,禾本科植物通过矿化作用在叶片中沉淀大量微型的“玻璃碴”——植硅体,这些植硅体增强了植物的韧性和强度,提高了其抗倒伏和抗病虫害的能力。

化石证据的发现

冯卓研究员带领团队在云南曲靖富源地区的二叠纪地层中发现了百余件保存精美的卷柏叶片化石。通过形态学、解剖学以及原位元素能谱分析(SEM-EDX)等方法,并结合现生卷柏的对比研究,研究人员证实这些2.5亿年前的化石卷柏已具备强大的硅生物矿化能力。

研究方法的创新

值得一提的是,冯卓等发现的化石卷柏是以角质层方式保存的标本。传统研究方法中,为了加快实验进度,通常使用高浓度的强酸(如氢氟酸)和强碱(如氢氧化钾)处理化石材料,但这种方法会破坏原位保存的植硅体。冯卓团队避开了氢氟酸,改用盐酸处理样品,并适当加热,虽然实验周期较长,但成功获得了完整的原位保存的植硅体标本。这一方法为未来研究植物硅生物矿化作用的起源和演化提供了重要参考。

结论

冯卓教授团队的这一发现不仅填补了植物硅生物矿化作用演化史上的空白,也为理解植物在地球系统演化中的重要作用提供了新的视角。这一研究成果对于深入探讨地球历史上的环境变迁具有重要意义。

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