北极高地木乃伊森林中发现三种新的灭绝核桃物种

在一项新研究中，科学家描述了北极圈内一座岛屿上发现的三种新发现的、早已灭绝的胡桃物种。这些化石的发现地点比任何已知的胡桃物种(无论是现存的还是灭绝的)都更靠北，是该群体已知最古老的记录之一。这项研究发表在《国际植物科学杂志》上。

如今，加拿大的阿克塞尔海伯格岛是一片几乎毫无生机的冰冻沙漠。但在4500万年前，北冰洋沿岸曾有一片茂密的雨林。自那时起，这片森林先是被一层层沉积物掩埋，然后又被冰层覆盖，最终被冰封在时间的长河中。

“当你走进现场时，你首先注意到的是这些大树桩，直径有一米或更大，它们仍然扎根在它们生长的土壤中。这完全不合适。最近的活树距离这里有3,000公里，”研究报告的共同作者、萨斯喀彻温大学地质科学名誉教授詹姆斯·贝辛格说。

这些树桩非常显眼，从空中就能看到。1985年，加拿大地质调查局的工作人员在直升机上勘察该地区时发现了阿克塞尔海伯格化石森林。一年后，古植物学家返回现场，发现了他们从未见过的化石。

“周围确实没有多少地方可以看到保存如此完好的化石，”这项研究的主要作者、佛罗里达自然历史博物馆古植物学馆长史蒂文曼彻斯特(StevenManchester)说。

在大多数情况下，化石化的特征是有机物质随着时间的推移被矿物质取代。在其他情况下，有机物质被加热并压缩成煤或在森林大火中燃烧并保存为木炭。但阿克塞尔·海伯格化石的情况并非如此。木材、树叶、球果、坚果和果实似乎没有变化。这种独特的保存形式被称为木乃伊化，它只在非常特殊和罕见的情况下发生。

“物质可以被细菌和真菌分解，它们可以在河床中被碾压并被破坏;在物质变成化石之前，有很多方法可以丢失它们，”贝辛格说。但阿克塞尔海伯格的古老森林被沼泽和湖泊沉积物迅速掩埋。随着全球气候变冷，这些过程被减缓了。

巴辛格是第一批研究这片森林的研究人员之一。北极的地表贫瘠，风力强劲，因此收集标本非常容易。“你可以在地表上看到一些化石，然后挑选一些。但你第二年再回来，当那里有一点侵蚀时，地表上就会有更多化石。经过几年，你实际上可以收集到大量的化石，”他说。

核桃被从土壤中侵蚀掉，堆积在地表上。“有一次，核桃聚集在一个地方，可能是动物藏在那里的，”贝辛格说。一些化石坚果上还有被啃过的洞，表明它们是当地动物的食物来源。

在十五年的时间里，巴辛格和他的同事们取回了一千多颗坚果和种子化石，并将它们带回萨斯喀彻温省进行研究。

在北极圈内发现了三种新的核桃品种，这是南北极被森林覆盖时期的遗迹。图片来源：佛罗里达博物馆，杰夫·盖奇

想象全球变暖的地球

如果回溯到4500万年前的中始新世，地球的两极将面目全非。当时，南极洲和北极圈温暖宜人，森林密布，与我们今天所看到的冰冷沙漠形成鲜明对比。

由于纬度较高，极地植物的生长季相对较短，但夏季白天特别长，日照时间长达20小时。相反，冬季则几乎完全黑暗，但气温很少达到冰点。

古生物学和地质学记录表明，当时地球大气中的二氧化碳含量更高，导致温度远高于现在。这种全球温室效应反过来又产生了温暖的海洋环流，使北冰洋没有冰。

“极北地区生长着红杉式的森林，”贝辛格说。那里有柏树沼泽和高地森林，高大的树木长到40米高。树冠包括数十种树木，如红杉、雪松、山核桃、松树、云杉、铁杉、落叶松、桦树、银杏，当然还有核桃树。

作为胡桃科进化史专家，曼彻斯特帮助完成了这个历时数十年的项目。他对岛上的胡桃进行了CT扫描，并描述了三种以前未知的物种。

曼彻斯特说：“CT扫描让我们能够看到这些坚果内部结构的细节，而这些细节曾经很难获得。”在CT扫描仪出现之前，研究化石的传统方法需要繁琐地从各个方向解剖和切片标本，并在这一过程中将其破坏。

在扫描了几个保存最完整的化石后，曼彻斯特将它们与现代和灭绝的胡桃物种的胡桃进行了比较。国家储存库(如iDigBio)可让研究人员轻松找到存放在美国任何地方的博物馆标本。这些化石与迄今为止发现的任何东西都不匹配，因此被发现代表了胡桃属的三个新物种。

仅根据现存物种的基因数据，研究人员曾认为胡桃科起源于亚洲某地。然而，最近的化石数据表明，它们最早出现在北美或欧洲温暖潮湿的环境中。随着胡桃科的多样化，一些物种适应了较冷的环境，这使它们能够将其范围扩大到更高的纬度。

这项研究中的化石更清楚地描绘了核桃在气候剧烈变化时期是如何进化的，以及我们的现代物种来自何处。