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植物庞贝城（英文名：vegetational Pompeii），[1]乌达二叠纪植被化石产地，地史时期成煤森林的特异埋藏记录，[2]是位于内蒙古自治区乌海市乌达区的一座远古森林遗址。[2][6]
三亿年前的晚古生代早二叠世[注2]，内蒙古乌海市乌达区的茂密的远古森林因火山喷发被巨量火山灰掩埋并封存于乌达煤田6、7号煤层间的火山凝灰岩中，形成了植物化石。[7]2002至2003年间，科学家在乌达矿区发现直立树木茎干化石层，下为煤层。研究证实，火山灰迅速封存了森林，使植物茎干得以直立保存于火山凝灰岩层中。[3]2005至2012年，王军团队复原了约1137平方米的“植物庞贝城”面貌，[3]并于2012年公布世界首张大面积远古森林复原图。[3]2021年，中科院南京地质古生物所团队在“植物庞贝城”发现瓢叶目植物化石，确认其为前裸子植物，具有蕨类孢子繁殖与种子植物木材结构特征，解决了古植物学界难题，成果发表于《美国科学院院报》。[8]2024年8月，植物庞贝城入选全球第二批100个地质遗产地。[2]
植物庞贝城被誉为探索地球宜居性、揭示生命与环境协同演化规律的化石宝库。基于植物庞贝城化石内容及地质剖面的开发可用于建设博物馆及地质公园，申请世界自然遗产，具有巨大的科普开发价值。[9]植物庞贝城古植物化石被火山喷发所埋藏，完整地保存了森林的群落结构，具有重要的科学研究价值。[7]
命名
中国科学院南京地质古生物研究所研究员，博士生导师、所长王军在内蒙古开展研究工作近三十年，他在乌海市乌达煤田发现了距今[注2]约三亿年前因为火山喷发产生的巨量火山灰降落掩埋而封存于煤层顶板火山凝灰岩内的远古森林，并将其命名为“植物庞贝城”。[10]
形成原因
大约在三亿年前（即晚古生代早二叠世）[注2]，内蒙古自治区乌海市乌达区是一片茂密的远古沼泽森林，被火山喷发产生的巨量火山灰降落掩埋而封存于乌达煤田6、7号煤层间的火山凝灰岩内，最终形成了植物化石。[7]植物的各个部位以异常完整的形态被保存下来，部分结构矿化保留了植物内部的解剖特征。[2]
研究历程
20世纪80年代，中国科学院南京地质古生物研究所吴秀元去贺兰山地区进行野外考察。一天中午在野外吃饭时，他随手在身边捡起一块石头，仔细一看，竟是块精美的瓢叶目植物化石。1997年，化石被赠送给了还在从事博士后研究工作的王军，因为他的研究方向就是瓢叶目植物。这个标本成了他的博士后出站论文的基础材料。从1999年到2003年，每年王军都去乌达一个月左右。[6]
2002～2003年间，王军与合作者、美国宾夕法尼亚大学教授Hermann Pfefferkorn在乌达矿区红旗煤矿附近发现，出露着的横向上几十米含化石层内，“站”着许多直立的树木茎干化石，“下面就是一层煤”。[4]经过切片分析，王军发现保存化石的灰白色岩层是典型的火山凝灰岩。大约3亿年前，大量火山灰落到了乌达大地，把整片成煤沼泽森林瞬间“封”住了，所以植物的茎干才能够直立保存在岩层之中。[3]
从2005年到2012年，王军研究团队做了1137平方米面积的复原。[1]2012年2月，《美国科学院院报》刊登了研究成果，经过长期的研究积累，科研人员揭开了乌达煤田地下“植物庞贝城”的整体风貌，并公布了世界上第一张大面积的远古森林实际复原图，达到约1100平方米。[3]
2021年，中国科学院南京地质古生物研究所领导的国际团队在“植物庞贝城”中发现了大量保存完整的瓢叶目植物化石，确认了它具有蕨类植物的孢子繁殖方式，同时又具有种子植物的木材结构，是种子植物的姊妹类群——前裸子植物的一员。这一发现解决了困扰古植物学界近百年的谜团，并再次在《美国科学院院报》上发表了相关研究成果。[8]
遗存格局
截至2023年11月，植物庞贝城已发现面积约35平方千米。[5]
物种组成
植物庞贝城的植物群由七大类植物构成，即石松类、有节类、蕨类、前裸子植物、种子蕨类、早期裸子植物和苏铁类植物，具备了现代植被类群中除被子植物以外的各大类群。许多化石还记录了昆虫与植物之间的相互作用（例如取食）以及植物之间的相互作用（例如攀爬），保存了地史时期热带雨林群落及其中不同生物之间相互作用的复杂细节。[2]
研究成果
截至2024年8月的调查研究，乌海“植物庞贝城”已囊括了5项世界之最：最大面积的远古森林实践复原、最丰富的同期成煤植物群化石标本收藏、最古老的苏铁植物、最丰富的瓢叶目植物群落，最多的化石植物整体重建，因而为古生物演化生命树增添了大量的新物种。[2]
地质定年
瓢叶目的研究
前裸子植物灭绝的研究
新发现的“乌海拟齿叶”化石完整保存了树冠、繁殖果穗和叶子，显示出其与种子植物的亲缘关系更近，并具有由叶子演化而来的复杂繁殖器官。这证明“乌海拟齿叶”及其所属的瓢叶目属于前裸子植物，这些植物最早见于泥盆纪，并延续至二叠纪末。这一发现推翻了之前认为前裸子植物在中泥盆世到晚石炭世迅速灭绝的观点，将前裸子植物的地质时间范围延长了约6千万年。实际上，前裸子植物在种子植物分化出来后（晚泥盆世），仍持续多样化发展了约1.1亿年，直到二叠纪末的大灭绝事件才导致其最终灭绝。这表明前裸子植物在演化过程中不仅未迅速灭绝，反而展现出较强的适应性和多样性。然而，它们最终还是未能逃脱二叠纪末环境剧变带来的灭绝命运。[11]
“分类学足球”完成“射门归类”
多国科研团队合作，利用中国“植物庞贝城”中的完整标本，成功为瓢叶目植物“乌海拟齿叶”完成精准分类，并揭示其生命演化意义。这一突破不仅解决了古植物学的重要谜团，还标志着中国学者在古植物分类学上的重要贡献。研究还表明，华夏植物群可能源自我国泥盆纪植物群，而非传统认为的石炭纪欧美植物群。此外，对“植物庞贝城”的研究还揭示了煤的成因，提供了大量关于远古成煤沼泽森林的实际复原数据。[11]
3D整体复原
科研人员在找到标志性岩层之后，会在地上画出一个个小方格，用作定位。当发现化石时，科研人员会对化石的位置、种类进行记录，并初步描绘出其形态。最终将这些同一时期的远古植物进行3D整体复原，就可以“实现时间和空间上的零误差”，重现3亿年前远古森林的景观。[3]
发现者
王军，[1]中国科学院南京地质古生物研究所所长、研究员、博士生导师，中国共产党党员。从事石炭-二叠纪陆相地层、植物分类与演化、古生态学和古气候学等相关领域的研究，特别是3亿年前“植物庞贝”的发现和复原研究。担任中国古生物学会理事长、古植物学分会理事长，《Palaeoworld》和《Review of Paleobotany and Palynology》编委。1991年6月毕业于兰州大学地质学专业，获学士学位；1997年7月毕业于西北大学古生物学及地层学专业，获博士学位。1997年7月-1999年10月在南京古生物所从事博士后研究，1999年11月-2001年1月在南京古生物所任副研究员，2001年1月晋升为研究员。2002、2004年美国宾夕法尼亚大学访问合作，2006年-2007年德国明斯特大学从事博士后研究。2018年9月至2023年12月任南京古生物所副所长。2023年12月任南京古生物所所长。[12]
Hermann Pfefferkorn，美国宾夕法尼亚大学教授。[4]
影响
植物庞贝城被誉为探索地球宜居性、揭示生命与环境协同演化规律的化石宝库。基于植物庞贝城化石内容及地质剖面的开发可用于建设博物馆及地质公园，申请世界自然遗产，具有巨大的科普开发价值。[9]植物庞贝城古植物化石被火山喷发所埋藏，完整地保存了森林的群落结构，具有重要的科学研究价值。[7]
这一独特的“二叠纪成煤森林”提供了窥探晚古生代的地球生态窗口，被《Science》杂志以《火山灰中浮现远古陆地：被埋在煤层中的“植物庞贝”为二叠纪时期的生态系统结构和气候提供了新的解析》为标题进行了专题报道。乌达二叠纪植被化石产地有着大量重建的化石植物，是真实重建的成煤森林景观，为了解地史时期群落生态提供了一个独特的窗口。[2]
相关事件
名录保护
相关作品
参考资料 12
- https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=WOTiXAdNI6MA--B13jXrdmyGlC9gLoPacpeSKgkadv7sSy23sQfUUkJx8HF4ZM3xcCx7G5BetKOX3Ox793Z_r_mZtn7Xd1Mirh8bCEE43h1pMzOjqIxoQZZla1KUBmx-tcIRexfAdEg-AQtV_IbScFY3wNWE5uaBfQ9njCFtus-oPtLcXxO-DRxT3mTSfqCptMm_W9Oqf2WtRdwHwoEvw8zaSfTV1xYHb5L_ALMYpgtuxfkpWAYdqQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
- 全球第二批100个地质遗产地公布，中国乌海、自贡、桂林等3地入选 — 腾讯网 澎湃新闻
- “植物庞贝城”未来之路走向何方?6位中国科学院院士赴内蒙古乌海建言献策 — 现代快报网
- 【中国科学报】随“植物庞贝城”穿越3亿年 — 中国科学院
- 学界大咖云集乌海 聚焦“植物庞贝城” — 微信公众平台 乌海融媒
- 参考 6
- 内蒙古自然博物馆乌海“植物庞贝城”古植物化石调查项目 开展野外调查工作 — 内蒙古自治区自然资源厅
- “植物庞贝城”发现种子植物的姊妹类群 破解百年谜团 — 百家号 央视新闻
- 乌海独有!世界级名片+1 — 腾讯网 乌海文传融视频
- “特异埋藏化石库的古生态学前沿进展及研究方法”—王军所长受邀做客内蒙古自然博物馆开展专题讲座 — 内蒙古自然博物馆
- 历时百年，瓢叶目植物认祖归宗 — 科学网
- 现任领导 — 中国科学院南京地质古生物研究所
注释
- 截至2023年11月已发现
- 截至2024年9月