今天小編分享的科學經驗：“水杉我認識，我們那兒種了好多。”“哦，它瀕危了。”，歡迎閱讀。
生活在長江流網域的朋友多少都見過水杉。這是一種優美的落葉針葉樹，它的小葉如羽毛一般，不像松柏那樣堅硬，到了秋天，整棵樹變成一片燦爛的金黃。如果是生物相關專業的學生，學習樹木分類時，水杉和落羽杉的區别幾乎是必答題。
水杉的小葉是寬、柔軟且對生的（左），落羽杉的小葉則是互生的，而且更細（右）丨鍾蜀黍；Agnieszka Kwiecie ń , Nova
很多人知道水杉被稱為 " 活化石 "，卻不知道這個被濫用的詞背後，是在戰火中發現水杉的植物學往事，以及數千萬年來整個世界的動蕩。
從戰火中 " 重生 "
1943 年的中國正處于抗日戰争中，大片國土淪陷。當時首都已遷至戰時的陪都重慶，湖北省會也西遷到了恩施。盡管已是烽火硝煙，但依然有很多學者堅持做研究。
1943 年夏天，農林部中央林業研究所的技正（相當于總工程師）王戰從重慶出發去恩施，接洽赴神農架進行植物考察事宜。當他經過四川萬縣（今重慶萬州）時，從萬縣高等農校任教的楊龍興那裡得知磨刀溪（今屬湖北利川）有一棵" 神樹 "。
王戰思慮之下，放棄了原定的水路，改從陸路去往恩施。步行三天之後，他看到這棵龐大的針葉樹并采集了标本，這一天是 1943 年 7 月 21 日。之後王戰繼續赴恩施。當回到重慶後，他把這份标本鑑定為水松 Glyptostrobus pensilis，并存放在了标本室。
水杉林丨 Fxqf / wikimedia
當抗戰終于在 1945 年行将結束時，重慶中央大學的森林系技術員吳中倫去中央林業實驗所鑑定植物标本，當他看到王戰交給他的這份 " 水松 " 标本時，覺得與水松有所不同，便轉交給了當時中央大學森林系的鄭萬鈞教授。
鄭萬鈞見到眼前一亮，當即認定這是從未見過的新物種，他迅速訪問了中央林業實驗所，在研究之後證實了新類群的猜想。1946 年戰争結束後，他派研究生薛紀如赴磨刀溪采集了新物種的标本以及球果。4 月中旬，鄭萬鈞将這一新的裸子植物寄給了時任北平靜生生物調查所所長的胡先骕。
收到标本後，也許在 4 月 22 日至 5 月 9 日的某個瞬間，胡先骕忽然想起在 1941 年，日本京都大學的三木茂（Shigeru Miki）博士，曾根據一類近似北美紅杉屬 Sequoia 的植物化石中顯著的小葉對生等形态特征，建立了一個新的化石屬 Metasequoia。仔細翻閱研究之後，在助手傅書遐的協助下，他最終認定這份标本的形态與 Metasequoia 化石如出一轍，它就是活着的 Metasequoia，今天的水杉。
成熟前，水杉的球果隐秘在枝葉間丨 Meneerke bloem / wikimedia
1948 年 5 月 15 日，胡先骕和鄭萬鈞共同撰寫的《水杉新科及生存之水杉新種》一文發表，給這場殘酷戰争中留存下的一份植物标本研究畫上了句号，也拉開了新的序幕。在此期間，他們将采集到的一些水杉種子和标本分别寄給了加州大學伯克利分校生物系主任錢尼博士（Ralph Works Chaney）、哈佛大學阿諾德樹木園主任麥瑞爾博士（Elmer Drew Merrill）以及丹麥哥本哈根、荷蘭阿姆斯特丹等植物園，并通過錢尼轉贈給了更多的植物園。
這些來自最初發現的幾棵母樹的水杉種子，也許是數千萬年來再次在東亞之外的土地生根發芽。
大洋兩岸有同樣的孤獨
植物化石種的命名與植物現存種的命名遵循着統一的法則。一般而言，植物總是現存物種先被發現和命名，然後科學家們研究認為某些化石和現存植物間有相似的結構，是同一科、同一屬或者同種，再給化石命名。
然而水杉的整個發現過程和命名卻發生了有趣的颠倒。三木茂根據對生的小葉結構，将 Metasequoia 之名給了水杉屬化石的時候，全世界都不知道，烽火中的中國山區竟然還有活着的水杉。這也是水杉發現時被稱為 " 活化石 " 的一個原因。
中國境内的水杉屬化石也時有發現。現存的水杉與這些化石水杉相比，在球果和對生小葉等結構上幾無二致丨王力 / 西雙版納植物園
在活着的水杉被發現之前，北美至東亞多地都曾廣泛出土過水杉屬以及紅杉亞科化石。今天，野生水杉關系最近的兩個親戚，是世界最高的植物北美紅杉以及世界最大的植物巨杉。水杉局限分布在中國重慶、湖北、湖南交界的小片山地；巨杉分布在太平洋彼岸加州内華達山脈的數個霧氣能抵達的溝谷；北美紅杉則沿着太平洋海岸從加州北部分布到華盛頓州南部。
彼此隔着山海，它們是今天整個紅杉亞科僅存的成員。
巨杉和北美紅杉是樹木界的 " 巨人 " 丨 Alpsdake & Mike Murphy / wikimedia；Bernt Rostad / Flickr
對化石和現存物種的研究揭示了一個事實：今天的水杉屬乃至紅杉亞科植物的分布區網域，遠小于它們曾經的歷史分布區網域。到底發生了什麼呢？
" 活化石 " 的誕生之路
地球上的動物本不是今天的樣貌，植物亦然。結合古氣候學和植物學研究，我們大致能夠描畫出水杉的故事。
8000 萬年前的晚白垩紀，氣候比今天更溫暖。這一時期，地球各大陸的位置與今天已經相差不大，只是南北美洲尚未相連，印度次大陸還沒有撞上歐亞大陸。包括紅杉亞科植物在内的茂密針葉森林，覆蓋了北太平洋的北美西部和東亞。
距今 6500 萬年前的白垩紀末，小行星撞擊以及随後引發的一系列事件，滅絕了非鳥恐龍和大量爬行動物，終結了中生代。但僅過了數百萬年，地球就重新變得郁郁蔥蔥。新生代的古新世至始新世（距今約 6600 萬到 3400 萬年），地球達到了新生代溼熱的頂峰，水杉屬的化石甚至出現在了加拿大北部北緯 80 ° 的區網域。北半球東亞和北美的動植物流動頻繁，這一時期的北美紅杉屬、巨杉屬、水杉屬的祖先都存在基因交流，形成了復雜的網狀關系。
水杉的幼葉丨 Crusier / wikimedia
到了漸新世後期（距今約 2600 萬到 2300 萬年），溫暖時代結束了，一段 40 萬年的劇烈降溫後是氣溫的震蕩。進入中新世後的冰河時期，兩極冰川大規模延伸，如刀斧般摧毀大片曾經茂密的森林。東亞和北美之間動植物的連續分布，也就在此時被強制終結了。
歐亞大陸和印度板塊的碰撞，隆起了雄壯的喜馬拉雅山脈以及一系列東西走向的山系，這些大規模形成的山地在一定程度上阻隔了南下的冰川，為中國南方至中南半島的動植物提供了" 避難所 "，我們熟悉的水杉、銀杉、珙桐、鵝掌楸等 " 孑遺植物 "，都是避難所裡幸存的生命。
而北美大陸受太平洋板塊擠壓，山脈多為南北走向，在北美洲中部缺乏阻隔冰川的山地，森林被摧毀——這也是今天北美植物的多樣性低于同緯度亞洲的一個原因。但冰川運動也把岩層磨碎，造就了今天北美中部肥沃的土壤，這是後話了。
珙桐，也叫 " 鴿子樹 "，中國特有的孑遺植物丨 Manfred Br ü ckels
在第四紀冰川運動之後，也就是中新世之後的地層裡，目前沒有再發現過水杉屬的化石，以至于在三木茂命名水杉屬的時候，科學家們認為它們早已經滅絕，僅存于化石中。
盡管發生在北美的地質故事也許更加嚴酷，但在北美的内華達山脈以西、阿巴拉契亞山脈南部，同樣形成了類似的避難所，巨杉、北美紅杉、北美鵝掌楸、北美木蘭屬和八角屬等等植物都被保留下來，和它們在東亞的親戚一起演繹了生物地理學研究者們所着迷的另一個故事——北美 - 東亞物種間斷分布。
至此，你也許能理解當水杉被重新發現時，在世界所引起的轟動了——它不僅是一個仿佛從化石中重生的生命，更是一段波瀾壯闊的地質歷史的見證者。因此，水杉在很多場合也成了中國贈送的貴重禮物。1988 年 10 月，中國科學院昆明植物所吳征镒院士和美國密蘇裡植物園 Peter Raven 院士，代表中美雙方就《中國植物志（英文版）》的編撰工作籤訂合作協定時，就将一棵水杉種在了密蘇裡植物園中。
如今世界上很多地方都有水杉種植丨 Soseipapa / wikimedia
尚無滅絕之虞
盡管自從被重新發現以來，水杉名義上受到了國家層面的各種保護，在國務院 1999 年公布且具有法律意義的《國家重點保護野生植物名錄（第一批）》裡，水杉與銀杏、珙桐、百山祖冷杉等赫然在列，但野生水杉種群的未來并不樂觀。
可能你會覺得，水杉在我家附近的公園裡就有好幾十棵，為什麼還是瀕危植物呢？
這裡需要厘清一些事實：栽培植物無法取代野生種群，它們多數時候并不能代表野生植物種群的基因多樣性；很多引種栽培的植物僅僅來源于很少的幾個野生個體，并且在選育過程中存在廣泛的基因丢失。栽培、養殖廣泛但野生種群瀕危的情況是常見的，水杉就是其中之一。
水杉的球果比鹌鹑蛋更小，種子輕如細沙丨葛斌傑
将植物引種到原生產地之外進行的植物保育，叫做遷地保護。完整有效的瀕危植物遷地保護策略，需要記錄所采集種子的來源，并有計劃地規範種群恢復步驟，以保持種群的基因多樣性。但在 20 世紀 70 到 90 年代，以造林和林業生產為目的的水杉大規模種植并沒有照顧這些。
雖然在世界範圍内，水杉作為城市行道樹、綠化植物的栽培數量可以百萬記，但這些水杉的來源較為單一，且普遍存在結實率低、種子胚發育率低、種子萌發率低等問題，無法有效延續。
今天，原產地的野生水杉大約有 5000 多株，它們大多在近 100 年受到嚴重的人為幹擾，曾被砍伐用作薪柴和建材。1974 年，利川縣人民政府在水杉原生母樹分布比較集中的小河設定專職機構，成立 " 利川縣水杉管理站 "，現為 " 利川市水杉母樹管理站 "。此外，在野生水杉較為集中的區網域，湖南成立了湖南龍山洛塔自然保護區，重慶成立了石柱縣黃水國家森林公園，一線保護工作者為野生水杉的保護付出了艱苦卓絕的努力。
雖然作為個體的水杉大樹被保護起來了，但過度采集種子、放牧依然造成其種群的自然更新受阻——因為新萌發的水杉幼苗很少。
城市道路旁的水杉丨 Paulitzer / wikimedia
現存的野生水杉種群多生長在人類較難抵達的溝谷。楊永川博士在研究過程中發現，在當地很多平坦的生活區網域，人們在耕種、蓋房時就常挖掘出過去砍伐遺留的粗壯水杉殘根。結合栽培水杉體現出的強大生命力，這很可能說明，在冰期結束之後，水杉曾重新遍布于長江中遊，而人為幹擾和氣候變遷，将它們重新推到了瀕危的境地。
水杉的復蘇也并非沒有希望。除去原生地保護、減少幹擾之外，對植物而言，遷地保育依然是卓有成效的方式。在世界各地種植的水杉林，至少确保了水杉作為物種暫無滅絕之虞。
遠離故鄉的水杉，也展現了極為堅韌的生存能力，從美國阿拉斯加州，冬季 -40 ℃ 的費爾班克斯到澳大利亞的昆士蘭州，都有水杉開枝散葉——它們本就是幸運而堅韌的生命。
變紅、變黃的水杉葉丨 S. Rae / flickr
作者：鍾蜀黍
本文來自果殼自然（ID：GuokrNature）
如需轉載請聯系 [email protected]
歡迎轉發到朋友圈
