古植物学

更新时间:2022-08-25 15:40

古植物学(paleobotany)是研究地史时期植物界的科学。植物在生命演化和陆地生态领域开拓中起到了十分重要的作用。尽管在距今35亿年前澳大利亚西部太古代地层中,就已发现过蓝藻(菌)类或细菌类化石,但生物界在海洋等水体中演化过程极其漫长。在距今4亿多年前志留纪,具有真正维管束的植物出现,生物的生态领域才由水域扩展到陆地,开始了陆地生物的演化阶段。植物的出现,使大地披上了绿装,也促进了原始大气氧气的循环和积累,这为我们人类在内的其他陆生生命演化提供了必要的先决条件,使地表有了今天山花烂漫的缤纷世界。古植物是划分及恢复地史时期古大陆、古气候和植物地理分区的主要标志。古植物本身亦参与成矿、成岩作用,是各地史时期煤层的物质基础。

研究简史

1822~1837年A.布隆尼亚尔在他的“化石植物史”一书中首次建立地质时期植物的分类,将已绝灭的类型与现代的植物加以广泛的比较。19世纪40~90年代是古植物学开始昌盛的时期,许多人大量地收集化石,描述古代的植物,对许多已绝灭的植物做了外部形态和内部结构的研究,发现不少目、科,如科达目、本内苏铁目等,并对各地区的化石做了调查。H.威瑟姆是第一个研究硅化植物结构的人。

到20世纪初叶A.纳托尔斯特开创角质层的探讨,对古代裸子植物的研究起了巨大的作用。以前,H.波托尼提出“苏铁蕨目”(Cycadofilices)的存在,至1905年由于F.W.奥利弗和D.H.斯科特发现种子与茎、叶的关系,“苏铁蕨目”才改名为“种子蕨目”(Pteridospermae),找到了真蕨植物和裸子植物中间的缺失环节。A.C.苏厄德和他的学生们在20世纪上半纪做了大量工作,对许多古代植物进行描述和内部结构的研究。其他古生物学者对北美、欧洲和北极植物区系进行调查,奠定了古代植物区系研究的基础。1913年R.基德斯顿和W.H.兰发表苏格兰莱尼燧石(Rhynie chert)中化石植物的研究,建立裸蕨目(Psilophytales),指明这是一组最古老的维管植物。后来,新的目不断发现,如开通目(Caytoniales)等。50年代以来,新的目、亚纲,如五柱木目(Pentoxylales)、前裸子植物亚纲(Progymnospermae)等不断发现,找出一些植物中的缺失环节,对植物系统学起了重大的作用。

近几十年来,在古植物发展史及古植物区系方面积累了大量化石植物的资料。同时,根据古孢粉学资料,在古植被的变化和古植物区系的演替等方面也有较大的进展。在应用上,古孢粉学的建立,对地层学起了巨大的作用。70年代以来,对前寒武纪地层中的微体化石的探索与透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)的运用,确定二、三十亿年前就有细菌和蓝藻的存在,使古植物学范畴,愈来愈广。

研究内容

古植物学是研究地史时期中的植物及其生活的一门科学。由于研究对象和任务的不同,古植物学发展到现在已划分了很多分科。与地质科学有关者如:

地层古植物学 对大化石植物群进行研究,以划分对比陆相地层,确定其地质年代。

孢粉学 对植物的生殖瞢涠胞孢子、花粉粗合进行研究,用来和大植物或其他古生物共同解决地层两题。它对不含其他化石的哑地层及海陆相地层的直接对比很有意义,并可用以进行较小地层单位的详细对比,如煤层对比。

古种子学 与孢粉分析内容相似,用以解决第三粑尤其是第四纪沉积。

古解剖学 以硅化木和化石的叶表皮,在显微镜下研究其母胞构造,确定化石植物分类位置,追溯其演化关系,以弥补形态研究之不足。

古藻类学 某些藻类对解决一定时代地层课题意义很大。

化石类型

压型化石

这是较常见的化石。植物残体埋藏在沼泽、湖泊、河流、海洋沉积之中。经过若干年后,大部分有机质都已分解,留下未分解的部分,被压扁保存,成为化石,如角质层、栓质层等,通常与印模化石一起保存。

模型化石

这种化石的有机组织已不存在。植物体仅在岩石上留下外模印痕,经泥砂填充植物体的内腔而留下内膜印痕,保存为化石(例如蕨叶印痕、木贼类和科达目茎的内膜),印模化石在地层中最常见。

石化化石

硅质、铁质或钙质溶液渗透到植物组织之中,使植物体或一部分植物体保存为化石,例如硅化植物、钙化植物、煤核(一种钙质或白云质的结核)等。

除以上3种外,还有一种微体化石,保存在沉积岩中。孢子、花粉的细胞外壁含有孢粉素,某些单细胞藻类细胞壁中含有几丁质或假几丁质、硅藻的细胞壁中含有硅质和其他植物的木质部、木栓部、角质层等碎片,经常保存在沉积岩中未能分解,成为微体化石或微化石。

研究方法  压型化石可用酸和碱,或舒尔茨溶液(Schulze's solution)处理,有时也用氟酸或盐酸溶解岩石,使紧贴在岩石上的未分解的植物残体从岩石上移离,再用酸和碱或舒尔茨溶液处理,除去聚集在植物残体内外的有机杂质后,在显微镜下观察。

石化化石可用岩石切片机切成薄片,粘在玻片上磨成更薄的薄片后,在显微镜下观察,或切开石化化石,将切面磨光,用盐酸或氟酸侵蚀,洗净后,烘干,涂上醋酸纤维素或硝酸纤维素溶液,再烘干后,将植物组织撕下制片观察。

分支学科

古藻类学  研究古代藻类植物。

古孢粉学  研究沉积物中或沉积岩中保存的孢子和花粉。

古木材学  研究古代的化石茎干。

古种子学  研究古代的种子和果实

植物分类及各类植物在地质历史上的分布  古植物学研究中很重要的一个方面,即植物分类学的研究及植物系统分类的建立。因为地质历史时期有不少已绝灭的类别,必须把它们与现存的植物统一考虑,才能建立科学的分类体系,反映各类植物间的系统关系。最早曾被分为菌藻植物、苔藓植物、蕨类植物、种子植物四个门,以后随着植物学、古植物学研究的深入,曾提出多种分类方案。但迄今还没有一个被广泛接受的方案。表中仅列出门一级分类阶元,个别门列出纲级阶元,据此,可以参见植物分类的现状。

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