聆听千年化石的独白——解开植物“结石”密码

张馨木（中国科普研究所博士后）

“很久很久以前，地球上……”多么熟悉的开场白。

当你欣赏有关远古的纪录片时，有没有好奇过：这些言之凿凿的解说词，复盘着几千万甚至上亿年前的故事，科学家们是怎么知道的？

除了研究常规化石，科研工作者还使用一种考古、古气候和古植被等研究中常用的方法——植硅体分析法。

什么是植硅体

自然界中，水晶、玛瑙、石头和沙子都含有二氧化硅，水中也会溶解少量的二氧化硅，高等植物的根系在吸收水的同时，一并吸收了可溶性二氧化硅，并输送到植物的各个部分。这些二氧化硅在植物细胞间和细胞内沉淀下来，就像人得了结石一样，形成了方形、哑铃形、十字形、帽形等各种形状的植物“结石”——含水非晶态二氧化硅颗粒，也称植硅体。

这些“结石”个头很小，一般在20—200微米，主要组成是二氧化硅（70—95%），此外还有吸附水（3—12%）、有机碳（0.1—6%）及铝、铁、钾、钠、钙等微量元素，在显微镜下一般呈无色或浅肉红色，杂质多的情况下也可能呈褐色、棕色。

植硅体分析法为啥好用

植硅体分布广泛、数量多，哪里有高等植物，哪里就有植硅体，1克禾本科植物叶子中就有10—100万个植硅体。

植硅体是可以区分的，不同植物和同种植物不同部位产生的植硅体在外形和数量上不一样，通过研究植硅体的大小、形状、种类和含量，就可能推断出曾经的植被是什么，产量怎么样。

植硅体的性能强悍，耐酸、耐碱、耐高温，别说是植物死亡和腐烂，就是被动物吃了，它都不会分解，最终还是渗入土壤中，连同诸多植物原本的信息被长久保存下来。其内部的包含物，因为封闭在内部，不易受外界环境变化的影响，就可以直接反映古环境的信息。

正是拥有这些特点，植硅体作为一种微体植物化石才会被应用到各种研究中。

植硅体分析法可以干点啥

考古过程中让人挠头的一个问题就是有些物品禁不起岁月蹉跎，容易“烂”，比如织物。那发现不完整的“破烂席子”怎么办呢？在周原遗址2017年度齐镇发掘区田野考古发掘中，北京大学的研究人员发现了一些严重降解的织物，猜测是某种草席，于是提取了植硅体，发现它们的形态特征和组合与芦苇茎秆中的植硅体完全符合，终于揭开了3000多年前的芦苇席的面纱。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究人员在恐龙化石牙缝里抠出“牙结石”，检测到了其中的植硅体，发现竟然是禾本科植物。通过综合分析，这项研究不仅证明了1亿多年前的马鬃龙是“吃素”的恐龙，更是将禾本科植物起源的关键时间点从几千万年前大幅提前到了1亿多年前的早白垩纪。

马鬃龙化石及其嘴里的植硅体 (图片由作者提供)

除了考古，还有科学家用植硅体分析法重建古植被和古气候。东北师范大学的研究团队对长白山地区的古植被和古气候进行了重建，发现晚冰期以来这个区域经历了连续的气候变化，从寒冷干燥到温暖干燥再到温暖潮湿最后是凉爽干燥的环境，森林和草原的分布也随着气候的变化一直波动。

最后，还需强调一点，任何一种研究方法都存在自身的局限性，植硅体分析法虽好，但在研究过程中通常还是多种方法结合使用，比如动植物的化石、孢粉、生物标志物、放射或稳定同位素等方法，从多个角度证明，拿出充分的证据，才能得出更可信的结果。

（本文2022年1月28日刊发在《科普时报》上）

（排版：张馨木 编辑：齐钰 审定：邹贞）

2017年起，中国科普作家协会持续开展“科普科幻青年之星计划”项目，面向全社会遴选、培育18-45周岁、有志于科普科幻创作的青年人才。活动开展5年来，培训学员近5000人，1245篇科普科幻作品得到展示，数百名作者被授予“科普科幻青年之星”称号。2021年，从近400部作品中遴选出30部优秀作品，其中科普作品19部，科幻作品11部。经中国科普作家协会积极推荐，部分作品陆续在《科学故事会》《中国青年报》《科普时报》等媒体刊发，中国科普作家协会微信公众号通过“邂逅新星”栏目进行转发，以飨读者。