植物功能群与沉积环境对欧亚新生代古植物化石保存质量的影响

《Review of Palaeobotany and Palynology》:The impact of plant functional group and depositional environment on preservation quality of Eurasian Cenozoic palaeofloras

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月23日 来源:Review of Palaeobotany and Palynology 1.7

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  叶化石是植物化石记录中最常见的器官,但若要被保存下来,必须避免分解。埋藏学完整性评分(Taphonomic Completeness Score, TCS)基于六种叶形态性状(叶脉、叶尖、叶基、叶长、叶宽和叶周长)对单枚化石叶片的保存质量进行评估,得分从0(保

  
叶化石是植物化石记录中最常见的器官,但若要被保存下来,必须避免分解。埋藏学完整性评分(Taphonomic Completeness Score, TCS)基于六种叶形态性状(叶脉、叶尖、叶基、叶长、叶宽和叶周长)对单枚化石叶片的保存质量进行评估,得分从0(保存差)到6(保存好)。本研究分析了来自欧亚大陆七个中渐新世至晚中新世古植物群的956份化石标本,检验TCS能否用于评估跨越显著时空距离(约25 Ma)的叶片保存质量。研究人员比较了植物群落组成、应用TCS评估的化石保存质量以及选定叶性状所占据的多维性状空间。研究发现,保存下来的植物群落以木本被子植物为主;不同植物功能群(蕨类及其近缘类群、针叶树、禾草类、非禾草草本被子植物和木本被子植物)在保存潜力和叶性状空间上均存在显著差异;多元叶性状空间能够区分不同植物功能群,但仅在有限程度上区分不同古植物群。结果表明,TCS是评估和比较不同时代、不同地点化石叶片保存质量的可靠工具,有助于识别化石叶片组合中的系统性偏差。
**论文解读:欧亚新生代古植物化石保存质量的埋藏学评估及其影响因素**

**一、研究背景与科学问题**

叶片是植物化石记录中最常保存的器官,但叶片从死亡到进入化石记录需要经历复杂的埋藏学筛选。影响叶片保存的因素包括:不利于分解者生存的环境条件(如缺氧、干旱)、高沉积速率导致的物理掩埋、叶片自身化学属性(如高木质素含量)带来的抗分解能力,以及通过风或水将叶片从原产地搬运至适宜保存环境的运输过程。这些埋藏学过滤器具有位点特异性和植物特异性,使得不同地点和不同植物功能群之间的保存质量比较十分困难。为应对这一难题,O'Rourke等人(2026)开发了埋藏学完整性评分(Taphonomic Completeness Score, TCS),基于叶脉、叶尖、叶基、叶长、叶宽和叶周长六种形态性状的存在与否对单枚化石叶片打分,分值范围0(保存差)至6(保存好)。然而,TCS能否在更大的时空尺度上有效评估叶片保存质量,以及不同沉积环境和植物功能群如何影响保存质量,仍有待验证。为此,研究人员选取了欧亚大陆七个中渐新世至晚中新世(约25 Ma跨度)的古植物群,系统检验TCS的适用性,并探讨植物功能群组成、沉积环境与保存质量之间的关系。

**二、研究内容与主要结论**

研究人员从法国巴黎自然历史博物馆(Muséum National d'Histoire Naturelle, MNHN)收藏的七个古植物群(Bois-d'Asson、éguilles、Güvem、Kymi、Parschlug、?hningen和Saint-Bauzile)中共选取956份化石标本,涵盖湖泊、河流及受海侵影响的多种沉积环境。通过对14种叶性状的测量和TCS评分,结合非参数统计、广义线性模型(GLM)、非度量多维尺度分析(NMDS)和PERMANOVA等方法,研究人员评估了不同古植物群和植物功能群间的保存质量差异。结果表明:保存质量在不同古植物群和功能群间均存在显著差异;湖泊相沉积(如Güvem、?hningen、Saint-Bauzile)通常具有较高的TCS,而河流相及受海洋影响的沉积(如Kymi、Bois-d'Asson)保存质量较差;针叶树和蕨类的保存质量最高,木本被子植物居中,禾草类最低。多元叶性状空间分析显示,植物功能群可以在叶性状空间中明显区分,但不同古植物群之间的区分度有限,仅以针叶树为主的éguilles植物群较为独特。研究还发现,非禾草草本被子植物在宏观化石记录中极度匮乏,但在Saint-Bauzile发现的两枚标本保存质量极高(平均TCS 5.5),提示这类植物缺乏有效的搬运机制进入适宜保存的环境。加权与未加权TCS的对比表明,标本的形态型频率可能反映保存潜力而非古植物群中的真实丰度。研究最终提出“叶片保存质量谱”(leaf preservation quality spectrum)的概念,认为保存质量从资源获取型叶片向资源保守型叶片递增,与现存植物叶经济谱(Leaf Economics Spectrum, LES)相呼应。

**三、关键技术与方法**

本研究利用以下主要技术方法:1)叶性状数字化测量:使用Canon EOS 5D Mark III相机拍摄化石照片,通过ImageJ软件测量叶长、叶宽、叶面积、叶周长等数值性状;2)TCS评分体系:依据O'Rourke等人(2026)的方法对六种叶形态性状进行二元评分;3)非参数统计与广义线性模型:采用Kruskal-Wallis检验和Dunn事后检验比较组间差异,利用GLM(拟二项分布)估计各性状的保存概率;4)非度量多维尺度分析(NMDS):基于Gower距离处理混合类型数据(数值+有序性状),可视化叶性状空间,并通过envfit拟合性状向量,PERMANOVA检验组间差异。样本来源方面,除éguilles和Saint-Bauzile外,其余标本均来自历史收藏,存在采集者偏差和“博物馆标本”优选效应。

**四、研究结果**

**4.1 植物群落组成**:在所有可归入功能群的785份标本中,木本被子植物占80.8%(634/785),攀缘植物占10.8%(85/785),蕨类及近缘类群和针叶树共占2.9%(23/785),禾草类占2.3%(18/785),非禾草草本被子植物仅2份(0.25%),均发现于Saint-Bauzile。除éguilles以针叶树为主外,其余植物群均以木本被子植物占优势。Acer、Populus和Quercus是最常见的木本属。

**4.2 保存质量**:未加权TCS在不同古植物群间差异显著(Kruskal-Wallis检验,p < 1.20e?5),Güvem(平均~4.29)、éguilles(~4.1)和?hningen(~4.06)保存最好,Kymi(~3.02)和Bois-d'Asson(~3.14)保存最差。不同功能群间差异亦显著(p < 3.02e?11),草本被子植物平均TCS最高(~5.50,但样本量仅2),其次为针叶树(~5.17)、蕨类(~4.96)、攀缘植物(~4.24)、木本被子植物(~3.86),禾草类最低(~2.50)。使用形态型加权后,古植物群间差异变为边缘显著(p = 0.069),功能群间差异仍显著。

**4.3 叶性状空间**:NMDS排序显示,不同古植物群在叶性状空间上大部分重叠,仅éguilles因针叶树比例高而较为分离。各功能群中,蕨类、针叶树和禾草类聚集在图中左侧,与羽状浅裂、下延叶基、无锯齿和高长宽比相关;木本被子植物变异范围广泛,攀缘植物多位于右上象限,与具齿、大叶面积和长叶长相关。PERMANOVA表明,功能群解释了21%的性状变异(p < 0.001),而古植物群仅解释5%(p < 0.001)。未识别功能群的标本与木本被子植物高度重叠,推测多数可能属于木本被子植物。

**五、讨论与结论**

讨论部分指出,沉积环境对保存质量有显著影响。湖泊相、缺氧条件(黄铁矿指示)和硅藻土沉积(具有抗菌性质)共同促进了Güvem和Saint-Bauzile的高保存质量,?hningen可能因火山气体排放(硫化氢、甲烷)抑制分解而保存良好。植物功能群间的保存质量差异主要归因于运输程度、叶片尺寸和叶片化学属性。针叶树和蕨类因富含木质素和多酚类化合物而抗分解,禾草类因叶片薄、比叶面积(LMA)低而易于破碎。研究还发现,加权与未加权TCS的差异表明,优势形态型可能并非古植物群中真实优势种,而是保存潜力较高的类群。历史收藏带来的采集者偏差可能高估了部分植物群(如Parschlug、Bois-d'Asson和Kymi)的平均保存质量。

研究结论:在七个欧亚新生代古植物群中应用TCS揭示,保存质量在植物群和功能群间存在显著差异,这种差异与沉积环境、叶片化学和物理属性(反映叶经济谱)相关,提示存在“叶片保存质量谱”。与以往研究一致,化石记录对草本被子植物存在强烈偏倚。多元叶性状分析可区分大多数植物功能群,但无法区分具有相似分类组成的古植物群。研究人员鼓励在未来研究中采用TCS评估和比较不同时代、不同地点的化石叶片保存质量,这将有助于识别和量化化石叶片组合中的系统性偏差,进而改善对化石记录的解释。
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