傅 強(qiáng)
(中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所,江蘇 南京 210008)
古生物化石是遠(yuǎn)古生命演化和環(huán)境變遷的實(shí)際見證,在地層劃分與對比研究、古地理和古氣候研究以及礦產(chǎn)和油氣資源研究等方面具有重要的理論指導(dǎo)意義(孫革等,2018)。我國是世界上古生物化石最豐富的國家之一,近百年來,發(fā)現(xiàn)了多個(gè)具有極高科研價(jià)值的化石群,很多化石的發(fā)現(xiàn)修正甚至改寫了對生命演化歷史的認(rèn)識。
南京地區(qū)地處寧鎮(zhèn)山脈西段,古生物學(xué)研究歷史悠久、基礎(chǔ)雄厚,為我國古生物學(xué)發(fā)展的搖籃之一(Von Richthofen,1912;劉季辰等,1924;李毓堯等,1935;盧衍豪,1954)。南京地區(qū)化石資源豐富,較為重要的研究成果有:1933年李四光根據(jù)南京棲霞山地區(qū)二疊紀(jì)地層中所產(chǎn)標(biāo)本建立的南京蜒屬(NankinellaLee),1954年盧衍豪根據(jù)南京湯山奧陶紀(jì)地層所產(chǎn)標(biāo)本建立的南京三瘤蟲屬(NankinolithusLu),1983年陳均遠(yuǎn)根據(jù)湯山奧陶紀(jì)標(biāo)本建立的南京角石屬(NanjingocerasChen),1993年在湯山葫蘆洞發(fā)現(xiàn)的南京直立人(Homoerectusnankinensis),后在原址建立了南京直立人遺址博物館。其他化石雖然同樣十分重要,但由于缺乏“明星”效應(yīng),除極個(gè)別外,大多產(chǎn)地缺乏有效的保護(hù)和利用。
2018年至今,最早的被子植物——南京花(Nanjinganthus)化石的發(fā)現(xiàn)及其研究是近年來南京地區(qū)古生物研究的一大亮點(diǎn)。與南京花化石伴生的大量植物化石新類型,以及罕見的鯊魚卵殼化石是重現(xiàn)南京地區(qū)早侏羅世古環(huán)境的珍稀載體,也是破解三疊紀(jì)末大滅絕后生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要窗口。然而,其產(chǎn)地南京棲霞區(qū)西崗街道烏龜山為一采石場,采石對化石資源的破壞十分嚴(yán)重,保護(hù)工作亟待開展。從南京花化石發(fā)現(xiàn)的重要意義出發(fā),結(jié)合該化石產(chǎn)地的現(xiàn)狀,探討南京花化石產(chǎn)地的保護(hù)和利用。
能夠進(jìn)行光合作用的植物是地球生態(tài)系統(tǒng)的基石。當(dāng)今地球上生活著大約30萬種形形色色的植物,包括苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物四大主要類群,其中最為豐富的是被子植物,至少有25萬種。被子植物與人類的生存息息相關(guān),不僅是人類起源、發(fā)展和延續(xù)的物質(zhì)基礎(chǔ),還深刻地影響著很多其他動物類群的發(fā)展。
雖然被子植物的多樣性是植物各類群中最高的,但究其演化歷史,卻比其他類群短得多。苔蘚植物大約起源于5億年前,蕨類植物大約起源于4億年前,裸子植物大約起源于3.6億年前,而被子植物的起源時(shí)間卻一直撲朔迷離,長期以來很多學(xué)者認(rèn)為最早只能追溯到1.3億年前左右。
早在100多年前,就已經(jīng)注意到植物有著漫長的進(jìn)化歷史,但直到1億多年前的白堊紀(jì)早期才開始出現(xiàn)大量的被子植物化石記錄。因此,被子植物的起源及其在白堊紀(jì)的迅速崛起,長期以來一直困擾著植物學(xué)家和進(jìn)化生物學(xué)家,被稱為達(dá)爾文的“討厭之謎”(見達(dá)爾文1879年7月22日寫給植物學(xué)家約瑟夫·胡克的信)。
自此之后,無論是研究化石的古植物學(xué)家,還是研究現(xiàn)代材料的植物學(xué)家,都從不同角度開展工作,試圖破解這一謎題。100多年來,古植物學(xué)家一直在更老的地層中追索更老的被子植物化石,發(fā)現(xiàn)了早白堊世的古果(Archaefructus)和蒙特賽克藻(Montsechia)等,中侏羅世潘氏真花(Euanthuspanii)、渤大侏羅草(Juraherbabodae)和石葉(Phyllites)等,晚三疊世毛籽伊甸籽(Edeniavillisperma)和總領(lǐng)葉(Pannaulika)等化石,為認(rèn)識早期被子植物、破解達(dá)爾文的“討厭之謎”提供了有價(jià)值的線索。
盡管如此,國際上對此持十分審慎的態(tài)度,2017年之前,一直認(rèn)為在白堊紀(jì)之前并不存在被子植物的確切證據(jù)(Herendeen et al.,2017)。然而,分子系統(tǒng)學(xué)的分析表明被子植物的起源可以追溯到2.75億年前的二疊紀(jì)后期,甚至是3億年前的石炭紀(jì)。此外,早白堊世的被子植物已經(jīng)具有較高的多樣性,因此被子植物應(yīng)該起源于白堊紀(jì)之前。
白堊紀(jì)之前缺乏被子植物化石記錄有很多解釋。例如,有觀點(diǎn)認(rèn)為原被子植物是長得很小的、匐地生的草本植物,花小而簡單(Taylor et al.,1992);還有觀點(diǎn)認(rèn)為最早的被子植物僅生活在森林的下層,直到白堊紀(jì)才開始輻射發(fā)展(Doyle,2012);高地假說則認(rèn)為被子植物在白堊紀(jì)之前很久就已經(jīng)出現(xiàn)了,只不過生活在難以保存為化石的高地區(qū)域(Axelrod,1952,1970)。
2018年南京花化石的發(fā)現(xiàn)(Fu et al.,2018)(圖1),為尋找早期被子植物化石記錄、破解被子植物的起源之謎提供了新的視角。文獻(xiàn)發(fā)表后,引起了廣泛關(guān)注與討論(Taylor et al., 2018; Coiro et al., 2019; Rümpler et al., 2019; Sokoloff et al., 2019; Bateman, 2020)。
圖1 大量散落的南京花化石(a)和復(fù)原圖(b)Fig. 1 Field photo (a) and restored picture (b) of scattered Nanjinganthus fossil
筆者經(jīng)過多年的努力采集了一批南京花的標(biāo)本,可供后續(xù)進(jìn)一步研究。然而,化石的主要價(jià)值不僅在于其本身的生物學(xué)屬性,其賦存巖層的巖性特點(diǎn)、化石在巖層中的保存狀態(tài)以及埋藏學(xué)反映的環(huán)境特征等同樣重要,因此不僅要對化石標(biāo)本進(jìn)行保護(hù),還要對其產(chǎn)地進(jìn)行整體保護(hù)。作為一個(gè)重要的化石產(chǎn)地,也是重要的自然遺產(chǎn)和破解被子植物起源之謎的寶庫,南京花化石的產(chǎn)地應(yīng)予以重點(diǎn)保護(hù)和利用。
化石資源是古生物學(xué)的核心基石,保護(hù)好珍貴的化石資源,不僅是我國努力進(jìn)行科技創(chuàng)新的需求,也是人類對科學(xué)文化的需求。
南京花化石產(chǎn)地烏龜山(圖2a)北鄰312國道,距棲霞山直線距離僅2 km,南距仙林湖公園直線距離僅1 km,東側(cè)距在建小區(qū)約500 m,距產(chǎn)地最近的居民小區(qū)直線距離僅300多m。隨著仙林湖區(qū)域的大規(guī)模開發(fā),烏龜山采石場已漸漸被城建所包圍,已不再適合石料的開采。
南京花化石所在地層主要為南象山組(圖2b),即傳統(tǒng)的象山群下段(鞠魁祥,1987),主要為灰白色中厚層石英砂巖,夾灰白色粉砂質(zhì)泥巖、灰黃色薄層粉砂質(zhì)泥巖、淺灰白色黏土巖和煤線。根據(jù)動植物化石的證據(jù),南象山組被定為下侏羅統(tǒng),北象山組被定為中侏羅統(tǒng)(鞠魁祥,1987)。綜合孢粉和碎屑鋯石的數(shù)據(jù),南象山組的時(shí)代為早侏羅世晚期(Fu et al.,2018; Santos et al.,2018)。
圖2 南京花化石產(chǎn)地的位置簡圖(a)和南象山組剖面局部(b)Fig. 2 Nanjinganthus fossil origin map (a) and the section of partial South Xiangshan Formation (b)
象山群是長江中下游地區(qū)侏羅紀(jì)地層的代表,主要見于長江沿岸區(qū)域,由西向東自安徽宿松、太湖至蕪湖、當(dāng)涂,直到寧鎮(zhèn)山脈一帶都有露頭分布,具有悠久的研究歷史(Von Richthofen,1912;劉季辰等,1924;李毓堯等,1935;江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1984,1989;鞠魁祥,1987)。南象山組內(nèi)含豐富的植物化石,象山植物群幾乎全產(chǎn)自該組地層。前人對象山植物群的研究雖有零星報(bào)道(Sze, 1931;王國平等,1982;黃其勝,1983,1988;曹正堯,1998,2000),但因缺乏好的剖面,化石的采集均不系統(tǒng),也不深入。
1.7億年前后的侏羅紀(jì)早期是地球上生命的重要轉(zhuǎn)折時(shí)期,經(jīng)歷了三疊紀(jì)末的大滅絕之后,恐龍開始輻射并統(tǒng)治陸地生態(tài)系統(tǒng)1.6億年,種子蕨類大規(guī)模消失,被子植物開始興起。南京地區(qū)當(dāng)時(shí)位于古長江的上游,江水自此向西至云南附近注入古地中海。在高山河流和湖泊周圍生活著各種各樣的生物,其中目前發(fā)現(xiàn)的最早的被子植物南京花就生長于此。
烏龜山采石場是南京及周邊地區(qū)象山群出露最好的剖面之一,采石場采石工作揭露出大量新鮮露頭,為化石采集提供了有利條件。除已經(jīng)報(bào)道的南京花之外,還產(chǎn)有鯊魚卵殼Palaeoxyris化石和大量有待研究的新化石類型,是認(rèn)識1.7億年前南京地區(qū)古環(huán)境的重要化石產(chǎn)地。
自1993年開始,烏龜山采石場作為水泥配料用砂巖礦開采至今,化石產(chǎn)出層位不斷被挖掘,大量珍貴的化石資源遭到破壞。該采石場最近的開采有效期限是2016-11-01至2019-09-04(圖3a、b),但開采仍然在繼續(xù)。經(jīng)過多年的開采,烏龜山已經(jīng)從原來的高山逐漸被挖平,并在局部地區(qū)形成坑(圖3c、d)。不斷的挖掘不僅破壞了當(dāng)?shù)刈匀痪坝^,采石產(chǎn)生的粉塵也造成了一定的環(huán)境污染。
圖3 烏龜山砂巖礦公示資料(a、b)和南京花化石產(chǎn)地的變化(c、d)(a) 2015-02-25;(b) 2019-11-03;(c) 2015-02-25;(d) 2020-02-23Fig. 3 Wuguishan public information of sandstone mine (a, b) and changes in the origin of Nanjinganthus fossils (c, d) (a) Feb. 25, 2015; (b) Nov. 3, 2019; (c) Feb. 25, 2015; (d) Feb. 23, 2020
無論從景觀和環(huán)境保護(hù),還是從化石資源的保護(hù)來說,烏龜山采石場均應(yīng)該予以關(guān)停,并進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)和開發(fā)利用。
經(jīng)過長時(shí)間的開采,烏龜山采石場產(chǎn)化石地層遭到了大量破壞,因此關(guān)停采石場,并加以保護(hù)和利用已迫在眉睫?;谇捌诘墓ぷ骱徒诘乃伎迹岢鲆韵聨c(diǎn)保護(hù)和利用建議。
古生物化石的形成和保存都是地質(zhì)歷史長期綜合作用的結(jié)果,為了全面保護(hù)化石所含的科學(xué)信息,需要對其產(chǎn)地進(jìn)行科學(xué)保護(hù),并適當(dāng)加以利用。
為了更好地保護(hù)南京花化石產(chǎn)地,為以后的科研和科普提供助力,提出在烏龜山采石場設(shè)立南京花化石產(chǎn)地保護(hù)區(qū)的設(shè)想。
烏龜山所在區(qū)域面積并不大,總面積(北至312國道、南到經(jīng)天路、東界仙林湖路、西至山腳)約41萬m2(圖4),建議設(shè)立的保護(hù)區(qū)總面積約31萬m2(白線區(qū)域),其中核心區(qū)約10萬m2(黃線區(qū)域)。烏龜山采石場位于烏龜山的中央,面積小,環(huán)境相對封閉,管理難度小。
圖4 建議的南京花化石產(chǎn)地保護(hù)區(qū)示意圖Fig. 4 Proposed simplified map of Nanjinganthus fossil conservation area
從保護(hù)對象、性質(zhì)和功能看,南京花化石產(chǎn)地保護(hù)區(qū)屬于自然歷史遺跡型古生物遺跡類保護(hù)區(qū)。該保護(hù)區(qū)的管理既需要專業(yè)力量的介入,也需要當(dāng)?shù)卣罅χС郑且豁?xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。
具體操作可分3步:① 首先由南京市自然資源局牽頭,會同南京市環(huán)保和棲霞區(qū)有關(guān)部門,關(guān)停烏龜山采石場,然后進(jìn)行先期調(diào)研;② 會同以中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所為主的科研單位,對南京花及其他伴生化石的賦存環(huán)境、賦存規(guī)律、發(fā)掘現(xiàn)狀與潛力,以及保護(hù)區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)等理論問題開展詳細(xì)研究,提出初步方案;③ 報(bào)送省有關(guān)部門,建立“江蘇省南京花化石產(chǎn)地保護(hù)區(qū)”,設(shè)立相應(yīng)的工作機(jī)制進(jìn)行管理和研究利用。
中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所是世界三大古生物學(xué)研究中心之一,以古植物和古無脊椎動物為研究對象,具有深厚的科研背景和實(shí)力。南京花化石的發(fā)現(xiàn)也是該所近年完成的重要成果,基于此,地方政府有關(guān)部門可以與該所進(jìn)行合作,在此設(shè)立研究站,系統(tǒng)研究被子植物的起源和早期演化以及南京地區(qū)1.7億年前古環(huán)境和古生態(tài)等諸多重要科學(xué)問題。
南京花化石產(chǎn)地位于南京近郊,交通便利,毗鄰仙林大學(xué)城,科教資源豐富,是進(jìn)行科普教育的良好場所。依托中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的科研與科普實(shí)力,以南京花研究站為核心,結(jié)合周圍的多所中小學(xué),建立科普教育基地,開展地質(zhì)古生物和自然科普教育。
連通湯山和棲霞山的江南—小野田鐵路從化石產(chǎn)地邊緣經(jīng)過(圖5)。隨著以后江南-小野田水泥廠的關(guān)停,該鐵路將停止礦石運(yùn)輸。這一國內(nèi)罕見的900 mm軌距、單線、電氣化“小鐵輪”,可以改建為連通湯山(南京園博園)、仙林湖(萬達(dá)茂)和棲霞山(文化休閑旅游度假區(qū))三地,融公共和旅游觀光為一體的軌道交通,將湯山、青龍地鐵小鎮(zhèn)、仙林湖和棲霞山四大板塊串連在一起,而烏龜山的南京花科普教育基地將是其中重要的一環(huán)。
圖5 南京花化石產(chǎn)地與小野田鐵路、棲霞山、仙林湖和湯山的位置關(guān)系圖Fig. 5 Location map of Nanjinganthus fossil origin, Xiaoyetian Railway, Qixishan Mountain, Xinlinhu Lake and Tangshan Mountain
通過總結(jié)回顧早期被子植物南京花化石發(fā)現(xiàn)的重要意義及其產(chǎn)地的現(xiàn)狀,結(jié)合古生物化石保護(hù)和利用的理論和實(shí)踐,得出以下結(jié)論。
(1)南京花化石是迄今發(fā)現(xiàn)的最早的被子植物化石,對破解被子植物的起源和早期演化的達(dá)爾文“討厭之謎”具有重要意義。
(2)鑒于南京花的重要性,應(yīng)對其化石產(chǎn)地烏龜山進(jìn)行保護(hù)和合理利用。然而,該產(chǎn)地一直處于采石過程中,對化石資源的破壞嚴(yán)重,保護(hù)的需求十分緊迫。
(3)為更好地保護(hù)利用這一重要的自然遺產(chǎn),政府相關(guān)部門應(yīng)引起重視,盡快與科研機(jī)構(gòu)合作:① 建立江蘇省南京花化石產(chǎn)地保護(hù)區(qū);② 建立南京花研究站;③ 建立科普教育基地。
致 謝
論文撰寫過程中,中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所王鑫、陳孝政研究員,重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)教授級高級工程師張峰博士等給予了熱情指導(dǎo),提出了寶貴的修改意見,在此表示誠摯的感謝!