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10 May 2019

森林從哪里來?到哪里去?

本文經微信公眾號“星球研究所”授權轉載


 

2019北京世園會開幕

有人提到:

“想知道植物是如何一步一步走到今天?”

于是我們決定以廣袤的森林為例

做一個簡要的解答

-----以下是正文-----

 

世人說

“獨木不成林”

那么如果

樹木多達千萬棵

將是怎樣一幅畫面?

也許如同樹的陣列

漫山遍野嚴陣以待

(漠河,秋天的森林,攝影師@陸雨春)

也許是巨木撐天

萬千利劍直指蒼穹

(新疆伊犁瓊庫什臺的森林,攝影師@劉承徭)

亦或是綠蔭如蓋

遮天蔽日只留下斑駁的光影

是的

這便是“森林”

(森林一般是指在一較大面積的區域內,以樹木為主體構成的植物群落及生態系統,各個國家、地區、組織對于森林的詳細定義不一而足,本文中的森林主要指木本植物組成的群落,也包括一些較為高大的草本植物群落,屬于較為廣義的“森林”概念;下圖為森林中的光影,攝影師@Jerry Wang)

世人也說

“十年樹木”

那么如果

將時間拉長至數十億年

又會是怎樣一番圖景?

在這段漫長的歲月中

環境由此改變

生命因此繁衍

文明就此誕生

一曲森林之歌在大地上奏響


 


 

早在數十億年前

陸地上一片荒涼

只有風與水

日復一日地沖刷著裸露的地表

但在廣闊的海洋中

眾多微小的生命卻欣欣向榮

這便是地球的

 

微生物時代

 

在淺海環境下

微生物密密層層、交疊生長

即便在數十億年后的今天

人類仍能在海邊發現其痕跡

從中一窺當年的盛況

(現代疊層石,疊層石為一些海洋微生物,尤其是藍細菌,在生長過程中,黏結沉積物顆粒,不斷層疊堆砌而成的半生物、半沉積構造,其切面上顯示出層層紋理,故被稱為疊層石,圖片來源@VCG)

微生物時代的繁盛

持續了超過10億年

其中一些微生物

能夠通過光合作用產生氧氣

從而逐漸改變地球大氣的組成

 

直到4億多年前

陸地植物的祖先才離開海洋

開啟了進擊陸地的征程

苔蘚作為植物先鋒之一

率先征服地表

將第一抹綠色鋪滿裸露的巖石

(生長在石頭上的苔蘚,攝影師@Jerry Wang)

隨后

在匍匐的苔蘚之上

一類新植物閃亮登場

它們體內如“吸管”一般的維管束

不僅能夠源源不斷地傳輸養分

還足以支撐身體向空中生長

盡管最初的身形僅有幾厘米高

卻是當時陸地上唯一的“森林”

地球自此進入了

 

蕨類時代

 

蕨類植物的祖先被稱為原蕨植物

它們體型微小

成片聚集在河湖岸邊

(一種原蕨植物:庫克森蕨的復原圖,圖片來源@Wikimedia Commons,制圖@鄭伯容/星球研究所)

而隨著地球環境的改變

陸地變得越來越溫暖濕潤

植物的生命力也愈發旺盛

曾經低矮的原蕨植物不斷向上生長

演化成真正的參天大樹

 

其中一種為石松植物

“腰圍”2米以上

高度可達40米

相當于10層的高樓

(一種石松植物:鱗木的復原圖,表皮布滿菱形或橢圓的紋路,圖片來源@Wikimedia Commons,制圖@鄭伯容/星球研究所)

另一種為節蕨植物

其主干像竹子一樣分節生長

葉片則從中間向四周延展

高度可達30米

同樣一樹擎天

(一種節蕨植物:蘆木的復原圖,圖片來源@Wikimedia Commons,制圖@鄭伯容/星球研究所)

第三種是真蕨類

即今天的蕨類植物

但較之今日

當時的它們則更加高大魁梧

目前仍生長在亞熱帶、熱帶地區的桫欏

其樹干粗壯、高聳、挺拔

傘蓋般的枝葉遮天蔽日

一如蕨類時代的盛世景象

(福建省龍巖市的桫欏,攝影師@劉艷暉)

石松、節蕨、真蕨

組成了茂密的蕨類森林

林下湖沼縱橫、水汽氤氳

眾多古老奇異的物種

紛紛在此尋得一片天地

巨大的蜻蜓在空中游蕩

笨拙的蠑螈緩慢爬行

爬行動物的祖先身形小巧

藏身枯木中探頭探腦

(石炭紀森林中的生物,藝術想象圖,圖片來源@Photo Editor ArtPictures)

一代代樹木死亡后

則沉入林下的沼澤中

緩慢的地殼沉降

讓沼澤環境得以長期存在

植物遺骸也越積越厚

歷經復雜的微生物作用

加之溫度和壓力變化

則形成煤炭

 

那個時代形成的煤層

分布范圍如此之廣

儲量如此巨大

以至于整個時期被命名為石炭紀

(秦皇島煤炭碼頭,黑色的部分為人工堆積的煤山和鋪滿地面的煤,圖片來源@DigitalGlobe)

然而

蕨類植物雖然身軀高大

生殖細胞卻十分脆弱

離開水體則容易干燥死亡

 

直到距今3.8億年前后

(泥盆紀中、晚期)

一種新的繁殖方式

終于在物競天擇中脫穎而出

新的“森林”即將登場


 

這種先進的繁殖方式

便是種子

 

種子外披“盔甲”:種皮

自帶“食物倉庫”:胚乳

能夠適應更加復雜的環境

大大提高了繁殖的成功率

于是利用種子繁殖的裸子植物

迅速代替蕨類、占領地表

地球自此進入

 

裸子植物時代

 

在因恐龍而聞名的

侏羅紀和白堊紀

最古老的裸子植物之一

蘇鐵

在連成一體的大陸上幾乎無處不在

如今四川攀枝花的蘇鐵自然保護區內

仍生長著20萬余株蘇鐵

堪稱地球上現存最古老的“森林”之一

(攀枝花蘇鐵國家級自然保護區內的蘇鐵,攝影師@李貴云)

與蘇鐵同時繁盛的銀杏

則更偏愛溫帶環境

在侏羅紀時期的中國北方

比今天種類更豐富的銀杏家族

成為森林中最主要的樹種

(銀杏為侏羅紀時代的孑遺物種,是典型的裸子植物活化石,攝影師@山風)

另外三類裸子植物

松、杉、柏

則在人們的生活中最為常見

它們雖然出現稍晚

卻持續繁盛至今

甚至以65%的占比

撐起了中國森林總量的半壁江山

無論是溫暖濕潤的環境

還是高緯度的寒冷地區

都有它們生生不息

(生活在溫暖濕潤地區的水杉林,攝影師@沉默的劍心)

氣候嚴酷的大興安嶺北部

落葉松、樟子松等裸子植物

形成面積超過700萬公頃的森林

(大興安嶺塔河森林,攝影師@王天成)

小興安嶺和長白山地區

多種云杉、冷杉傲然挺立

形成茫茫林海

(吉林靖宇縣長白山的森林,攝影師@石耀臣)

西北的阿勒泰山區

和大興安嶺所處緯度幾乎相當

松林形成一面面密不透風的墻

(阿勒泰落葉松林,注意下方的人,攝影師@鄭斐元)

高緯度地區日照角度低

樹木為了獲取更多陽光

必須極力向上生長

形成了這里遮天蔽日的森林景象

(伊春,小興安嶺的森林,高大的針葉林遮擋了陽光,使林下較為陰暗,攝影師@楊磊)

此外

天性“高冷”的松、杉、柏

同樣“偏愛”高山

它們或是密布整個山坡

(北京第二高峰海坨山上的松林,攝影師@Mark Li)

或是鋪陳雪山腳下

(川西黨嶺村的高原黃衫松,攝影師@趙永清)

憑借先進的種子繁殖

裸子植物帝國到達鼎盛

然而

生命演化的車輪依舊滾滾向前

森林帝國勢必再次“改朝換代”

但令人意想不到的是

下一個帝國的建立

竟起源于幾朵小花
 

這些不起眼的小花

屬于植物界最年輕的類群

被子植物

 

花朵的子房

如同一個天然庇護所

避免種子受到外界的破壞

當雄性配子通過雌蕊結構

精準地進入子房后

子房便發育為包裹著種子的果皮

而在人類眼中

便是花朵凋謝

代之以累累碩果

(花的結構,制圖@鄭伯容/星球研究所)

果皮不僅有效保護種子

還是除了胚乳外

種子發育的又一重要“糧倉”

于是

被子植物的繁衍效率突飛猛進

從白堊紀開始便席卷全球

令地球進入嶄新的

 

被子植物時代

 

被子植物的種類格外豐富

僅中國就有近29000種

是裸子植物的100多倍

多樣的物種帶來更廣泛的適應性

讓被子植物幾乎占領地表的任何角落

 

在我國東北

興安嶺的寒冷山地中

被子植物的先鋒白樺

與裸子植物落葉松并肩而立

(大興安嶺白樺林,攝影師@鄭斐元)

到了中部

秦嶺的山坡深谷之間

被子植物組成的闊葉林

與裸子植物組成的針葉林雜居而處

形成五彩斑斕的針闊葉混交林

(秦嶺針闊葉混交林,攝影師@鄭斐元)

萬木崢嶸的神農架林區

以水青岡為主的樹木漫山遍野

將山體覆蓋得不留一絲縫隙

(神農架林區,攝影師@程境)

胡楊則生長在西北大漠戈壁

其耐旱能力遠超裸子植物

(沙漠中的胡楊,攝影師@趙來清)

中國南方的熱帶地區

氣候濕潤、降雨充沛、日照強烈

更加適宜被子植物的生長

廣西、云南等地的熱帶雨林

均是被子植物的天堂

(廣西靖西縣通靈峽谷的熱帶季雨林,攝影師@盧文)

東南沿海的紅樹林則更為特別

它們生長在海灣和灘涂之間

錯綜復雜的根系

能從鹽漬的土壤中汲取養分

(深圳紅樹林,紅樹的主干挺立在灘涂之上,土壤下則是四處延伸的復雜根系,根系向上生長破土而出,形成密密麻麻挺立的小根,攝影師@鄧飛)