植物如何度过冰河时代

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"没有任何假设足以解释灾变或冰川现象;我们无需犹豫承认我们对地球历史上这个奇怪、神秘的插曲一无所知……"

布里斯托,H.G. (1872): 路易斯·菲吉耶的《大洪水前的世界》 - 由 H.W. 布里斯托新编辑和修订。 第2版 - 卡塞尔,佩特,加尔品公司。

发表的关于复苏的“32000 年前冰河时代的植物”的描述,实际上是现存蝇子草的表型变异,是对冰河时代草原古老生态系统一次进一步的引人入胜的窥探,该环境的特征是异常的气候条件和一个特殊的植物群落,其中的物种今天生长在非常不同的环境中。


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图 1. 冰碛层或冰河时代时期,冰川侵入陆地,来自 UNGER, F. (1851): 《原始世界的理想景观,地质和古生物学阶段》。泰勒和弗朗西斯,伦敦(公共领域的图像,来自 美国地质调查局图书馆

有多种方法可以重建过去景观的植物群落。开花植物产生由化学性质非常稳定的物质孢粉素组成的 pollen 粒,因此 pollen 粒通常在沉积物中保存良好(但正如评论中正确指出的,不在土壤中)。通过识别和计数随时间推移沉积在湖底或保存在沼泽层中的 pollen,我们可以推断出曾经环绕这些沉积物捕集器的植被。在这些沉积物中,植物碎屑也可以保存下来。

许多动物在其洞穴中运输和储存植物碎屑。蝇子草的保存完好的种子是在古代地松鼠的储藏处发现的。除了尝试种植种子外,叶子、花朵、花蕾和种子的碎片通常可以鉴定到物种级别,并有助于重建前洞穴居住者活动范围内的植被。

植物遗骸或 pollen 也可以在木乃伊化的动物的肠道内容物中或化石粪便中发现,也称为粪化石(或粪便石)。

基于这些化石,重建了一个特殊的冰河时代植物群落,通常被称为草原北极草原草原苔原草本苔原猛犸草原。今天,术语草原适用于气候相对干燥温和的草原或灌木地,而苔原适用于树木和灌木的生长受到低温抑制,以草本植物或草类为主的环境。因此,草原苔原或猛犸草原这两个词乍一看似乎是相互矛盾的术语的奇怪组合。

通过研究木乃伊化猛犸幼崽“Lyuba”肠道中保存的内容物,我们可以尝试想象大约 40,000 年前主导欧亚大陆和北美洲的植物群落。

保存的材料主要由两个禾本科植物(禾本科和莎草科)的物种组成,表明环境开阔。已鉴定的其他植物类群包括蒿属,今天主要在干燥或半干燥条件下发现的一个类群,岩蔷薇属太阳花属,也在干燥条件下发现,以及阶梯草属蓝茎草属,今天原产于凉爽温带和北极地区。与现代无树苔原不同,显然存在森林斑块,松树(松属)、云杉(云杉属)、桦树(桦木属)、柳树(柳属)和桤木(桤木属)的 pollen 粒的存在表明了这一点,所有这些树木都能耐受冰雪或低温,部分在干燥条件下(松树和云杉)生长,部分在潮湿条件下(桦树、柳树、桤木)生长。考虑到猛犸象群从一个放牧点移动到另一个放牧点,并且 pollen 粒可能通过风传播,所有这些植物不太可能直接在一个地点生长,然而,所有这些植物仍然存在于相对狭窄的空间内。因此,猛犸草原这个术语并非完全不恰当,因为温暖干燥栖息地的物种确实与寒冷潮湿栖息地的物种共存,从而形成了一个生物多样性独特的植物群落。

要理解这样一个群落,重要的是要注意现代苔原和冰河时代草原的气候差异。冰河时代世界整体寒冷的温度显着降低了海洋中水分的蒸发,导致大气更加干燥,大陆大片地区缺乏降水(雪或雨)。这导致夏季干燥,冬季积雪也减少;而积雪会抑制光合作用,从而限制植物生长。

现代苔原今天位于北纬 65° 以上,其特点是夏季短暂,在这个季节,太阳仅在水平线上方达到较低的高度。在冰河时代,猛犸草原蔓延到北纬 45°。在这里,太阳爬升到水平线上方更高的高度,日照更强烈,光合作用更有效,植物即使在寒冷的气温下也能良好生长。

猛犸草原的特殊植物群落是对冰河时代特殊环境因素组合的适应。关于单个植物对这种环境的适应性知之甚少。描述的冰河时代蝇子草标本产生的花蕾更多,根系发育比现代同种标本慢。在生长周期短且作为传粉媒介的昆虫数量有限的环境中,投入更多的花朵可能是一种优势——因此,活体组织的发现是研究可能对猛犸草原消失的世界的生理适应性的独特机会。

参考书目

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My name is David Bressan and I'm a freelance geologist working mainly in the Austroalpine crystalline rocks and the South Alpine Palaeozoic and Mesozoic cover-sediments in the Eastern Alps. I graduated with a project on Rock Glaciers dynamics and hydrology, this phase left a special interest for quaternary deposits and modern glacial environments. During my research on glaciers, studying old maps, photography and reports on the former extent of these features, I became interested in history, especially the development of geomorphologic and geological concepts by naturalists and geologists. Living in one of the key area for the history of geology, I combine field trips with the historic research done in these regions, accompanied by historic maps and depictions. I discuss broadly also general geological concepts, especially in glaciology, seismology, volcanology, palaeontology and the relationship of society and geology.

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