植物如何度過冰河時代

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"沒有任何假設足以解釋災變或冰川現象;我們無需猶豫承認我們對地球歷史上這個奇怪、神秘的插曲一無所知……"

布里斯托,H.G. (1872): 路易斯·菲吉耶的《大洪水前的世界》 - 由 H.W. 布里斯托新編輯和修訂。 第2版 - 卡塞爾,佩特,加爾品公司。

發表的關於復甦的“32000 年前冰河時代的植物”的描述,實際上是現存蠅子草的表型變異,是對冰河時代草原古老生態系統一次進一步的引人入勝的窺探,該環境的特徵是異常的氣候條件和一個特殊的植物群落,其中的物種今天生長在非常不同的環境中。


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圖 1. 冰磧層或冰河時代時期,冰川侵入陸地,來自 UNGER, F. (1851): 《原始世界的理想景觀,地質和古生物學階段》。泰勒和弗朗西斯,倫敦(公共領域的影像,來自 美國地質調查局圖書館

有多種方法可以重建過去景觀的植物群落。開花植物產生由化學性質非常穩定的物質孢粉素組成的 pollen 粒,因此 pollen 粒通常在沉積物中儲存良好(但正如評論中正確指出的,不在土壤中)。透過識別和計數隨時間推移沉積在湖底或儲存在沼澤層中的 pollen,我們可以推斷出曾經環繞這些沉積物捕集器的植被。在這些沉積物中,植物碎屑也可以儲存下來。

許多動物在其洞穴中運輸和儲存植物碎屑。蠅子草的儲存完好的種子是在古代地松鼠的儲藏處發現的。除了嘗試種植種子外,葉子、花朵、花蕾和種子的碎片通常可以鑑定到物種級別,並有助於重建前洞穴居住者活動範圍內的植被。

植物遺骸或 pollen 也可以在木乃伊化的動物的腸道內容物中或化石糞便中發現,也稱為糞化石(或糞便石)。

基於這些化石,重建了一個特殊的冰河時代植物群落,通常被稱為草原北極草原草原苔原草本苔原猛獁草原。今天,術語草原適用於氣候相對乾燥溫和的草原或灌木地,而苔原適用於樹木和灌木的生長受到低溫抑制,以草本植物或草類為主的環境。因此,草原苔原或猛獁草原這兩個詞乍一看似乎是相互矛盾的術語的奇怪組合。

透過研究木乃伊化猛獁幼崽“Lyuba”腸道中儲存的內容物,我們可以嘗試想象大約 40,000 年前主導歐亞大陸和北美洲的植物群落。

儲存的材料主要由兩個禾本科植物(禾本科和莎草科)的物種組成,表明環境開闊。已鑑定的其他植物類群包括蒿屬,今天主要在乾燥或半乾燥條件下發現的一個類群,巖薔薇屬太陽花屬,也在乾燥條件下發現,以及階梯草屬藍莖草屬,今天原產於涼爽溫帶和北極地區。與現代無樹苔原不同,顯然存在森林斑塊,松樹(松屬)、雲杉(雲杉屬)、樺樹(樺木屬)、柳樹(柳屬)和榿木(榿木屬)的 pollen 粒的存在表明了這一點,所有這些樹木都能耐受冰雪或低溫,部分在乾燥條件下(松樹和雲杉)生長,部分在潮溼條件下(樺樹、柳樹、榿木)生長。考慮到猛獁象群從一個放牧點移動到另一個放牧點,並且 pollen 粒可能透過風傳播,所有這些植物不太可能直接在一個地點生長,然而,所有這些植物仍然存在於相對狹窄的空間內。因此,猛獁草原這個術語並非完全不恰當,因為溫暖乾燥棲息地的物種確實與寒冷潮溼棲息地的物種共存,從而形成了一個生物多樣性獨特的植物群落。

要理解這樣一個群落,重要的是要注意現代苔原和冰河時代草原的氣候差異。冰河時代世界整體寒冷的溫度顯著降低了海洋中水分的蒸發,導致大氣更加乾燥,大陸大片地區缺乏降水(雪或雨)。這導致夏季乾燥,冬季積雪也減少;而積雪會抑制光合作用,從而限制植物生長。

現代苔原今天位於北緯 65° 以上,其特點是夏季短暫,在這個季節,太陽僅在水平線上方達到較低的高度。在冰河時代,猛獁草原蔓延到北緯 45°。在這裡,太陽爬升到水平線上方更高的高度,日照更強烈,光合作用更有效,植物即使在寒冷的氣溫下也能良好生長。

猛獁草原的特殊植物群落是對冰河時代特殊環境因素組合的適應。關於單個植物對這種環境的適應性知之甚少。描述的冰河時代蠅子草標本產生的花蕾更多,根系發育比現代同種標本慢。在生長週期短且作為傳粉媒介的昆蟲數量有限的環境中,投入更多的花朵可能是一種優勢——因此,活體組織的發現是研究可能對猛獁草原消失的世界的生理適應性的獨特機會。

參考書目

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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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