木乃伊树叶让我们得以一窥地球古代气候和我们的未来

2300 万年前的木乃伊叶子或许能让我们了解植物在遥远的未来如何应对气候变化。在 8 月 20 日发表在《过去的气候》杂志上的一项研究中，生物学家和地质学家研究了新西兰湖床中保存完好的化石，发现证据表明它们在当时大气中的二氧化碳含量高于现在的时期茁壮成长。与类似环境中的现代植物相比，古代叶子可能更有效地吸收二氧化碳，同时最大限度地减少水分流失。

康涅狄格大学地质学家、新研究报告合著者 Tammo Reichgelt 表示：“树叶始终与大气直接接触……植物不像动物；它无法躲避自然因素。它对大气变化非常敏感。”

他和同事们研究的化石可以追溯到早中新世，当时地球气候更温暖，北极没有冰盖。在此期间，新西兰生长着亚热带雨林。在达尼丁北部的火山口福尔登马尔，条件恰到好处，为保护这些森林的树叶创造了独特的机会。与河流流入洼地形成的典型湖泊不同，福尔登马尔火山爆发留下的火山口仅靠雨水和地下水补给。没有了河水的持续流入，这个湖泊形成了一层氧气极少的死水层。

“如果某种有机物，比如一片树叶或一只昆虫掉进湖里，沉到湖底……它就不会被打扰，因为湖底没有任何生物可以分解那片树叶，”赖希格尔特说。“所以在这种非常特殊的环境中，你可以得到这种惊人的保存……它们基本上被制成了木乃伊，因为它们所有的原始有机物质都还在那里。”

他和同事们研究了福尔登马尔沉积物中代表 18 种树种的 72 片化石树叶。当他们在显微镜下检查这些碎片时，他们发现树叶的气孔相对较少，气孔是气体进出的小孔。植物必须打开这些气孔才能吸收二氧化碳，但当它们打开时，会有少量水漏出。这意味着当二氧化碳水平高时，植物可以用较少的气孔生存。

“如果植物能够减少水分流失，同时仍能获得所需的所有碳，这意味着它们实际上更耐旱，因此它们可以将其范围扩大到原本过于干旱的地区，”赖希格尔特说。因此，化石叶子上有限的孔隙表明它们是在富含二氧化碳的大气中进化而来的。

这些情况的额外证据来自树叶的化学成分。大气中漂浮着几种碳（称为同位素）。最常见的同位素碳 12 也是最轻的。“由于碳 13 很重，所以它不容易移动，植物只有在缺少碳时才会吸收它，”Reichgelt 说。Reichgelt 和他的同事在树叶中发现了大量碳 12，而碳 13 的含量却很少，这表明植物有足够的二氧化碳可用。“当你比较它吸收的碳类型和叶子的孔隙数量时，你可以相当准确地重建叶子可用的二氧化碳量。”

研究人员估计，当时大气中的二氧化碳含量为 450 至 555 ppm，这与地球历史上那个时期的气温较高相吻合。相比之下，工业化前时期的二氧化碳含量不到 300 ppm。如今，二氧化碳含量已超过 400 ppm，预计到 2040 年二氧化碳含量将达到 450 ppm。

目前，二氧化碳过剩正在促进全球植物的生长，但这种施肥效应并不意味着植物将解决所有与气候变化相关的问题。未来的植物可能会进化以利用这些条件并扩大其栖息地，但赖希格尔特说“这还远得很。”

目前，植物必须应对森林砍伐和快速变化的环境条件带来的不稳定影响。在不久的将来，这些因素将给植物带来压力，因此限制我们向大气中排放的二氧化碳量就显得更加重要。