基于放射性碳定年的纳米布沙漠百岁兰垂直生长模式与最老组织定位研究

《Radiocarbon》：Determining vertical growth patterns and tissue of maximum age using radiocarbon dating in the long-lived Namib Desert plant Welwitschia mirabilis

本文推荐一项针对纳米布沙漠特有植物百岁兰（Welwitschia mirabilis）的年龄测定研究。为解决这种“活化石”植物因缺乏年轮且生长模式复杂而难以准确测年的问题，研究人员通过对一株中等大小死亡个体的系统解剖和放射性碳（14C）定年，揭示了其独特的垂直生长规律。研究发现，百岁兰最老的组织位于叶柄基部近地面的外层茎干组织中，其年龄为531 ± 20 14C年，据此估算其垂直生长速率约为0.47-0.67毫米/年。该研究首次建立了百岁兰的放射性碳定年方法，为未来测定更大、更古老个体的年龄奠定了基础，对理解极端干旱环境下植物长寿机制及制定保护策略具有重要意义。

　　

在广袤而严酷的纳米布沙漠中，生长着一种形态奇特、寿命极长的植物——百岁兰（Welwitschia mirabilis）。作为百岁兰科（Welwitschiaceae）唯一的现存物种，这种裸子植物被誉为“活化石”，其最显著的特征是仅有两片叶子，并且终身不脱落，被认为是植物界寿命最长的叶子。百岁兰是超干旱沙漠环境下的关键植物物种，也是该环境下唯一已知的极端长寿非克隆植物。然而，一个长期困扰科学界的问题是：这些看似古老的百岁兰究竟能活多少岁？

传统上，科学家通常通过植物体型大小来推测其年龄，但这种方法对百岁兰并不适用。百岁兰不形成年轮，无法通过树木年轮学方法测定年龄；其茎干由纤维状、软木质的内部组织和散布的维管束组成，无法进行常规的钻芯取样；更复杂的是，百岁兰具有独特的生长模式——其顶端分生组织在萌发后不久即死亡，形成封闭的生长系统，随后主要通过侧向加粗生长，形成多裂片、无定形的结构。这些因素使得准确测定百岁兰年龄变得异常困难。

历史上对百岁兰年龄的测定尝试有限且不够系统。早在1960年代，就有研究利用放射性碳定年法推测一株百岁兰年龄约为500-600年，并据此估计纳米布沙漠Husab平原上最大的个体可能高达2000岁，这一数字随后被广泛引用，但缺乏扎实的科学依据。后续研究虽然报道过更古老的年龄数据（如920±20 ¹⁴C年），但均未详细描述取样策略，无法确定是否真正检测到了最老的组织。因此，开发一种系统、可靠的百岁兰定年方法，对于准确了解其寿命、生长规律以及在沙漠生态系统中的重要作用至关重要。

发表在《Radiocarbon》上的这项研究，正是为了解决这一科学难题。研究人员抓住了一个难得的机会：一株位于纳米布-瑙克鲁夫特国家公园百岁兰冲沟（Welwitschia Wash）的中等大小雄性百岁兰个体自然死亡，这为系统研究其内部结构提供了可能。通过对这株个体进行精细解剖和多部位取样，并结合加速器质谱（Accelerator Mass Spectrometry, AMS）放射性碳定年技术，研究人员首次系统揭示了百岁兰的垂直生长模式和最老组织分布规律。

主要技术方法

本研究的技术核心是加速器质谱（AMS）放射性碳定年。研究人员对一株自然死亡、周长226厘米的百岁兰进行解剖，沿其中一裂片的中线获取截面样本。采用系统取样策略，在茎干外层组织、皮层和中央维管区域等特定位置收集样本。所有样本经过酸-碱-酸（AAA）前处理去除可溶性污染物，然后在挪威特隆赫姆国家年龄测定实验室进行测量。放射性碳结果使用OxCal软件，针对SHCal20和Bomb 21 SH1-2校准曲线进行校准，并建立年龄-深度模型计算生长速率。

组织特异性年龄分布

研究结果显示，百岁兰不同组织的年龄存在明显差异。外层茎干组织通常包含最古老的物质，年龄从83±17到531±20 ¹⁴C年不等。样本A2.2（皮层组织）获得了最古老的年龄数据531±20 ¹⁴C年，对应公元1420-1440年。相比之下，皮层组织包含当代物质，表明该层组织在个体死亡前一直保持活性。中央维管组织如预期一样呈现当代年龄，因为这些组织必须在植物存活时保持活性。总体而言，组织年龄从中心的当代物质到外层茎干组织的古老物质逐渐增加。

垂直生长模式与速率

沿截面A外缘的外层茎干组织年龄显示明显进展：A6.1为83±17 ¹⁴C年，A4.1为210±24 ¹⁴C年，A2.2为最老组织531±20 ¹⁴C年。基于这些数据建立的年龄模型表明，百岁兰的垂直生长速率从约0.47毫米/年增加到约0.67毫米/年，这一变化可能发生在公元1780年左右。虽然数据支持从土壤线到叶基部的近线性垂直生长，但由于样本量有限和放射性碳定年在1680-1950年平台期的不确定性，短期或细微的生长波动无法得到统计确认。

研究结论与意义

本研究首次系统性地将放射性碳定年法应用于百岁兰年龄测定，揭示了这种长寿植物的生长奥秘。最令人惊讶的发现是，这株周长仅226厘米的中等大小百岁兰个体，其最老组织年龄竟达531±20 ¹⁴C年。更重要的是，研究确定百岁兰最老的组织位于裂片中心、茎干基部近地面的外层茎干组织中，而非深层组织。

这一发现具有重要方法论意义：既然最老组织位于外部，意味着对活体百岁兰进行年龄测定时，无需进行伤害性的钻芯取样，只需采集外层组织样本即可。这为未来测定更大、更古老百岁兰个体的年龄提供了可行且非破坏性的方法。

研究还揭示了百岁兰极其缓慢的生长特性，垂直生长速率仅为每年不到1毫米。这种“慢生活”策略可能是百岁兰在超干旱的纳米布沙漠中存活千百年的关键适应机制。通过准确了解百岁兰的寿命和生长规律，不仅有助于深入理解沙漠生态系统的长期动态，也为保护这种独特而脆弱的“活化石”物种提供了科学依据。

值得注意的是，百岁兰最老组织位于外层的特性也带来了一个挑战：对于最大（可能也最老）的个体，由于几个世纪甚至上千年的暴露和侵蚀，最外层组织可能已经损失，导致其真实年龄难以准确测定。未来研究需要结合更多个体，进一步验证和完善这一定年方法。

这项研究不仅解决了百岁兰年龄测定的技术难题，更为了解极端环境下植物长寿机制打开了新的窗口。随着方法的完善和应用的扩展，科学家有望更准确地揭示这些沙漠“寿星”的真实年龄，进而深入探索其跨越数百甚至数千年生命历程的生存智慧。