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第2章 古生物(2)

真蕨类比石松类、节蕨类更能适应陆地生活。它们的叶子较大,又扁又平,而且分为上下两面,叶脉分支也多,这样更扩大了光合作用的面积和效率。真蕨类一般生活在陆地上,少数生活在沼泽中,还有的附生在其他植物的数杈上。真蕨类中,生活在石炭纪末期到二叠纪初期的树蕨有很大的树冠,密集成林。在距今两亿多年前的早二叠纪晚期至晚二叠纪早期,云南及我国南方和西南的几个其他省份分布着一种叫做六角辉木的树蕨,有十几米高,树干直径超过20厘米,羽状复叶型的叶子很大,有两、三米长。六角辉木的茎有非常发达的输导组织和机械组织,其树干的横切面上可以看到外部的皮层和极为复杂的组成中柱(根和茎的中轴部分)的维管束。维管束的直径约为10厘米,由七个同心环组成,最里面的一个呈圆形,其余的呈条带状。因此,这样的树干横切面看起来就形成了五光十色的六角形,这就是“六角辉木”名称的由来。

蕨类植物的大发展,促成了地球历史上第一次原始森林的出现,使地球生态系统的整体面貌发生了巨大的变化,为脊椎动物由水上陆奠定了物质基础。

五、赤裸着种子的植物——裸子植物

当古生代的蕨类植物形成地球上第一次原始森林的时候,比蕨类植物更加进步的裸子植物已经在泥盆纪晚期悄然出现了。但是在当时,地球上的气候温暖潮湿,蕨类植物的发展更为顺利,裸子植物还不能获得优势。到了二叠纪晚期,气候转凉而且变得干燥,蕨类植物不能很好地适应这样的新环境,逐渐退出了植物王国的中心舞台,裸子植物开始发挥出其潜在的优越性而得到了大发展,并将它的繁盛一直持续到白垩纪晚期。可以说,爬行动物王国里的植被是以裸子植物为特征的。

裸子植物是地球上最早用种子进行有性繁殖的,在此之前出现的藻类和蕨类则都是以孢子进行有性生殖的。裸子植物的优越性主要表现在用种子繁殖上。

二叠纪晚期之前,蕨类植物之所以能够得到大量繁殖,主要依靠其孢子体产生大量孢子,飞散到各处,在温暖潮湿的气候条件下,很容易萌发成为配子体;配子体独立生活,在水的帮助下受精形成合子,合子萌发后形成新一代的孢子体。但是在干燥的气候条件下,孢子很难萌发成配子体,萌发出的配子体也不易存活;特别是,没有水不能受精,这就使蕨类植物的繁殖不能正常进行。

裸子植物的配子体不脱离孢子体独立发育,而是受到母体保护;它的受精不需要水作为媒介,而是采用干受精的方式。受精卵在母体里发育成胚,形成种子,然后脱离母体。此时如果遇到不利条件,种子可以不马上萌发,但却继续保持着生命力,待到条件合适时,它们再萌发成为新的植物体。因此,裸子植物保存和延续种族的能力就大大增强了。

裸子植物起源于既有真蕨类特征,又有裸子植物特征的植物,即前裸子植物,其中包括古羊齿类和戟枝蕨类。古羊齿类生活在4亿多年前的晚泥盆纪,主茎有1.6米粗、35米高。戟枝蕨类生活在中泥盆纪到晚泥盆纪,有主茎和枝系之分,可高达10多米。

在晚泥盆纪,由前裸子植物进化出一支乔木状的植物。它的叶子大多是典型蕨叶型的羽状复叶,但是却有种子,因此被称为种子蕨。种子蕨虽然有了种子,但却没有胚;虽然有了花粉粒,但是还没有花粉管,也就没有花。这一方面证明了种子蕨是处于原始状态的种子植物的先驱,另一方面也证明了植物系统发育中种子的出现早于花和果实。

在此基础上,裸子植物分化出了苏铁类和松杉类两大类,并在中生代得到蓬勃的发展,成为爬行动物王国里植被中的优势成员。

六、被子植物——“有花植物”中的佼佼者

如果你到植物园去游玩,你一定会被那里各式各样姹紫嫣红的花卉吸引;每年春天,伴着暖暖的春风绽放在田野、山坡、庭院和路边的大大小小的花朵,也总是最使人感受到春天的气息。作为生活在新生代的生物,人类是幸运的。我们不仅可以享受到各种植物提供给我们的食物,还可以享受到鲜花带给我们的美丽。因此,自古以来人类就对鲜花分外感兴趣。在美术家的笔下和刻刀下,花朵永远是他们描绘或雕琢的一种主题;在诗人和文学家的作品中,对花儿永远有歌颂不尽的词句。而对于植物学家来说,花也是他们研究的重点,甚至被他们当作了一个分类学中的术语——“有花植物”这一名称长期以来被当作种子植物的同义词,包括裸子植物和被子植物两大类。

“有花植物”中的“有花”是指有“花被”或“孢子叶群”,但是实际上,蕨类植物里已经有了孢子叶群,而裸子植物却并没有真正的花被。因此,严格地来说,“有花植物”并不能真正代表种子植物,因此这一名称已经渐渐地不用了。但是正是由于被子植物的花具有真正的花被,因此花成了它们区别于其他植物的最重要的器官。因此一提起花,人们往往想到的就是被植物学家分类在被子植物中的这一大类群。而且,正是因为被子植物拥有包括进步的花在内的各种进步特征,它们成为了从新生代开始直到现代地球上植物界中最占优势的类群。可以说,被子植物是有花植物中的佼佼者,而且也是整个植物界的佼佼者。

那么,被子植物“佼佼”在那里呢?

被子植物与裸子植物一样是用种子进行有性繁殖的。二者的不同之处在于,裸子植物的大孢子囊(即胚珠)是裸露的,以后发育成的种子外面没有包被,也是裸露的;而被子植物的胚珠包在子房里,以后胚珠发育成种子、子房发育成果实,种子被果实包在里面而不再裸露。这样的差别是这两大类植物最重要的差别,因此就成为了裸子植物与被子植物各自名称的由来。而这种差别本身已经体现了被子植物比裸子植物更加进步的特征——具有保护的种子更有利于传播和发育成新一代的植物体。

此外,被子植物还具有一系列其他的进步性。

作为生殖器官,裸子植物的孢子叶球看起来很像是它们的花,但是与被子植物的花比起来,它们就原始得多了。它们或者只有雌蕊群、或者只有雄蕊群,一般只是果鳞集合而成的球状体(如松树的球果)。二叠纪时,某些裸子植物虽然也长有花被,但是这种花被比起被子植物的花被要简单得多。被子植物的花起源于裸子植物的孢子叶球,但是却比孢子叶球进步得多。一个典型的被子植物的花由花萼、花冠(二者合称花被)、雄蕊和雌蕊组成。花冠由花瓣组成,花瓣则是由小的孢子叶退化而形成。花瓣的细胞内含有多种花色素和芳香油,因此花朵才色彩鲜艳、姹紫嫣红、香气四溢。花瓣的基部还有蜜腺,能够分泌甜蜜而芳香的汁液,这更增添了花朵的芬芳。花朵的这些艳丽色彩和芳香气息,能够招致各种昆虫光顾;昆虫在从花朵中寻觅、采撷或汲取养料的同时,就为植物进行了授粉工作。从此,植物界的有性生殖过程中除了靠风力的传粉之外,还多了一种有效的途径。这一途径实际上体现了植物与昆虫之间互利关系的建立,这种互利使得植物和昆虫能够共同进化,一方面极大地增加了生态系统中的生物多样性,另一方面为被子植物和昆虫的进化发展都开辟了更加广阔的道路。

此外,被子植物在遗传、发育的许多过程中以及茎叶等结构上都体现了进步性。

七、花开花落几春秋

在距今1亿4千万年前白垩纪开始的时候,更新、更进步的被子植物就已经从某种裸子植物当中分化出来。最原始的被子植物的花粉发现于早白垩纪地层中。近几年来,我国辽西地区发现了许多可能是最早的被子植物的花的化石,为研究被子植物的起源问题提供了最新的资料。

被子植物从早白垩纪出现到早白垩纪晚期只产生了20余个科,到了晚白垩纪初期就已经有了45个科。

进入新生代以后,由于地球环境由中生代的全球均一性热带、亚热带气候逐渐变成在中、高纬度地区四季分明的多样化气候,蕨类植物因适应性的欠缺进一步衰落,裸子植物也因适应性的局限而开始走上了下坡路。这时,被子植物在遗传、发育的许多过程中以及茎叶等结构上的进步性,尤其是它们在花这个繁殖器官上所表现出的巨大进步性发挥了作用,使它们能够通过本身的遗传变异去适应那些变得严酷的环境条件,反而发展得更快,分化出更多类型,到现代已经有了90多个目、200多个科。正是被子植物的花开花落,才把四季分明的新生代地球装点得分外美丽。

在被子植物的系统发展过程中,两个重要的方面是单子叶植物和草本植物的出现。

最原始的被子植物是木兰目植物,它们以及随后出现的其他一些被子植物都是双子叶植物。直到晚白垩纪初期,单子叶植物泻泽目和百合目才出现。单子叶植物由双子叶植物分化出来,主要是由于适应不利气候条件而产生的形态上的某种变化所至。它们的茎中,许多维管束散布在薄壁组织里,不产生形成层。有些单子叶植物叶子中维管束很多,叶脉平行封闭,这样可以增加光合作用效率,加快输导作用的速度。单子叶植物主根不发育,却长有许多不定根。这些特征都有利于在一年中比较短的时间里快速地发育生长。有些种类的单子叶植物如禾本科中的甘蔗、玉米等,光合作用效率比其他植物高,其机理是吸收二氧化碳后先形成一种含有四个碳原子的糖(因此它们被称为四碳植物),而不是像其他植物那样先形成含有三个碳原子的糖(这样的植物被称为三碳植物)。四碳植物是比三碳植物更加进步的类型。

原始的被子植物都是木本植物,到了晚白垩纪初期出现了灌木和草本类型。这种变化主要是由于受到气温下降、气候干旱的影响。例如在高山和北极地区,植物体的地上部分很难度过严冬,于是草本植物产生了地下茎,可以储存营养,度过严冬,待到第二年春回大地时地下茎又发芽生长出新的地上植物体。在干旱地区,草本植物则把一年中积累的营养集中储存在大量的种子里,并使种子富有顽强的抗旱性和生活能力以保证物种的繁衍,自身则在产生了种子以后死亡。由此,一年生草本植物就发展起来了。

此外,落叶性被子植物的出现也是对环境变化的一种适应。原始的被子植物是常绿的。早白垩纪晚期以后,被子植物转向北温带发展,在接近热带的中纬度南部干凉地带,开始出现了落叶植物。落叶可以减少水分蒸腾,用叶芽的形式储存养料,可以避免低温冻害。

在被子植物的进化过程中,还从原始的两性花分化产生了单性花。单性花先是雌雄同株,后来又出现了雌雄异株。从此,异花授粉取代了自花授粉,产生的种子可以接受双亲的遗传性状,增强了后代的生活力、遗传多样性和进化潜力。

八、牙形石的形态与构造

在世界各地,科学家从自寒武纪到三叠纪的各种海相地层中发现了大量的微小化石,它们的形状很像各种各样的牙齿,可是由于无法与已知的任何动物的牙齿联系起来,以至于科学家至今无法判断出这类动物的分类学归属。科学家只好把它们归在一起命名为“牙形石”,并认为它们是一类已经绝灭了的海生动物的某种器官。

牙形石的形态变化多样,大致有单锥状、齿棒状、齿片状和平台状等等。科学家就相应地把它们分为3大类:单锥型、复合型(包括齿棒状的牙形石和齿片状的牙形石)和平台型。

牙形石的化学成分主要是磷酸钙,一般不溶于弱酸。从地层中发掘出来的牙形石往往呈琥珀褐色,但是随着温度的升高其颜色由琥珀褐色变为黑色到浅灰色、透明或不透明,变质后质地也变得很脆。

牙形石在与头足类化石和鱼类化石碎片共存的地层中含量丰富,在含有小腕足类、双壳类、腹足类、三叶虫、海百合茎以及笔石的岩层中也有一定的含量,但是在含有层孔虫、礁状珊瑚、大腕足类和介形类的灰岩里则含量较少。

无脊椎动物

一、放射虫、有孔虫和其他的古原生动物

放射虫

放射虫是海洋中漂浮的单细胞原生动物,因为具有放射排列的线状伪足而得名。

原生动物是最低等的一类动物,个体仅由一个细胞组成,在分类上科学家把它们归为一个门,即原生动物门。但是原生动物的这个惟一的细胞却是一个完整的有机体,具有作为一个动物个体所应有的主要生活机能。细胞的各部分产生了分化,各自掌管一定的功能,形成了“类器官”。原生动物往往长有鞭毛、纤毛或是伪足作为它们的运动器官。有些原生动物的细胞质中具有骨架或是形成坚固的外壳。

原生动物个体都很微小,一般都在250微米以下,也就是说,它们还不到一粒1毫米长的米粒的1/4那么大。这么小的身体只有在显微镜下才能够观察了。

可是这些不起眼的小动物的分布却非常广泛,大多生活在海洋或淡水水域里,也有一些生活在潮湿的土壤中,或是营寄生性的生活。

科学家根据这类动物是否长有运动器官或是长有什么类型的运动器官而把它们分成了4个纲:鞭毛虫纲、纤毛虫纲、孢子虫纲和肉足虫纲。

放射虫就属于肉足虫纲。它们与其他原生动物的主要区别就是细胞质里有一个几丁质的中心囊,把细胞质分为囊外和囊内两个部分。囊的表面包着角质膜,膜上有小孔,使囊内和囊外的细胞质相互沟通。

放射虫有球形、钟罩形等多种形状,身体直径可以达到100到2500微米。由细胞质分泌的骨架通常包藏在细胞中,其化学成分因不同的种类而不同,多数为硅质或含有机质的硅质,少数含有碳酸锶。放射虫的骨架有三种类型:一种为松散结构,骨架由互不连接或接合不坚实的杆、骨针和刺组成;另一种是网球结构,骨架呈球形、纺锤形或锥形,沿着中心囊膜紧密连接成网状;还有一种为同心结构,骨架由多层同心排列的网格构成,各层间常有许多针、钩、小柱相连,构成精巧美丽的壳形。以这些不同的骨架结构类型为基础,并在一定程度上结合中心囊的构造特点,科学家把放射虫分成了3个亚目,即棘刺虫亚目、多囊虫亚目和褐囊虫亚目。其中多囊虫亚目又分为泡沫虫和罩笼虫两大类。