古生物学

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  古生物学汉语拼音:Gushengwuxue;英语:Paleontology),研究地质历史时期生物界面貌和发展规律的科学。古生物学是地质学的传统支柱学科之一。研究对象是保存在岩层中的地质历史时期的生物遗体和遗迹,以及和生命活动有关的各种物质记录,即化石。通过化石研究,重现地史时期的生物界面貌,阐明生物的发展历程和演变规律,确定地层形成的先后顺序,了解地壳的演变规律,推断古地理环境,指导对矿产资源的普查勘探和开发利用。

  古生物学发展趋势是:重要生物类群的起源与演化;地球与生物的协同进化,包括地史重大转折时期的地球环境与生命过程,新生代以来的陆地生命系统与环境变化,古生态、古地理与古气候;宏演化的进程与模式,包括爆发、灭绝、复苏、辐射的历史进程,进化的趋向与规律、进化的不可逆性、生物绝灭问题等;分子古生物学和分子地层学,高精度、高分辨率生物地层学以及全球地层界线层型剖面和点的研究等。

简史

  古生物学的研究对象是化石。最早对化石作出科学说明的,首推古希腊时代哲学家Z.色诺芬尼(公元前约590年),在中国则为唐代颜真卿(公元771年)。他们都在自己的著作中提出高山上的贝壳曾经是海洋生物,其后经历了沧海桑田的变化。但古生物学成为科学,则始于18世纪后期,至今有200多年的历史。这门科学的奠基者包括:

  1. 法国学者J.-B.de M.拉马克。他对无脊椎动物分类系统和巴黎附近无脊椎动物化石的详细论述,被誉为古无脊椎动物学的创始人。
  2. 英国学者W.史密斯。他发现每一地层中都有其特殊的生物群面貌,不同于上覆地层和下伏地层,从而建立了“生物层序律”,为生物地层学的发展奠定了思想基础。
  3. 法国学者G.居维叶。他研究巴黎盆地哺乳动物,于1812年发表《四足动物骨化石研究》,提出了“器官相关律”,创建了古脊椎动物学;他还倡导了“灾变论”,并以此解释了地质时期中的一些重大的生物变革事件。
  4. 法国学者A.T.布朗尼亚。他提出古植物的分类方案,系统阐述古植物的一些原则,被视为古植物学的奠基人。
  5. 英国学者C.R.达尔文。他用现代生物学的大量资料,系统地论证了生物在足够长时间内发生逐渐的演变,提出了以自然选择为核心的“生物进化论”,为包括古生物学在内的生物学的发展奠定了科学的理论基础。同时他指出了“化石记录的不完整性”这一缺陷。

  从那时以后到20世纪中叶的百余年间,古生物学的主流是描述古生物学生物地层学。先是西欧北美,然后苏联东欧澳大利亚日本中国印度,以至世界其他地区出版了大量的古生物学和生物地层学专著,为古生物学的综合研究提供了事实基础。尤其是作为确立年代地层的最基本工具,古生物学在基础地层学研究和大范围区域地质调查中发挥了巨大作用。20世纪中叶以后,古生物学得到快速发展。全世界广泛开展的基础地质调查使得古生物学工作普及化、常规化。世界石油工业的发展和电子显微镜等高精密仪器和设备的应用,使得古生物学研究进入微观世界,发展了诸如微体和超微古生物学、古生物化学化石岩石学等分支学科。计算机技术的普及和应用,使得定量古生物学、古生物学数字化的发展已成为必然。

研究内容

  古生物学的研究内容主要有5个方面:

  采集、鉴定与记述 古生物鉴定和记述是古生物学研究的基本功,也是一切古生物学研究的基础。作为地史时期生命存在的标志,所有的化石都必须在统一的科学框架下进行鉴定和记述,这也是描述古生物学的基本工作。

  系统分类 一般分为低级的原核生物和高级的真核生物,共包括5个界:原核生物界原生生物界真菌界植物界动物界。古生物学与生物学不同,有一些现已绝灭的疑难化石,分类位置不易确定。进行古生物系统分类研究的学科,称为系统古生物学

  生物进化 生物进化的基本概念和理论包括3个层次:

  1. 微进化。是生物在居群内部的演变,是生物进化的起始阶段,其决定因素是变异和遗传以及自然选择。
  2. 成种作用。是物种的分化、增加过程,包括对物种形成方式和速度的研究。
  3. 宏进化。涉及种以上的分类群的进化问题,许多人认为,爆发、灭绝、复苏、辐射四者构成了宏演化的基本模式。

  研究古代生物进化的理论和规律的学科称为进化古生物学。根据化石的纵向分布和演化序列,建立生物地层层序的学科称为生物地层学

  生物与环境 生物与其生活环境是相互作用、相互制约、密切相关的,各种生物都只能适应一定的环境,如水生或陆生。运用现代海洋环境和大陆环境的特点及其对生物控制的知识,推断地质时期生物的生活习性与生活环境之间的关系,是古生态学的内容。

  生物地理 借鉴现代生物地理学的基本理论和方法,研究地质时期由于环境控制因素,如隔离、温度、纬度的变化所导致的生物分布格局及其演变过程,是古生物地理学的主要内容。古生物地理学研究的趋向是以生物分类单位的分布为基础,结合生态环境因素划分古生物区系,并与生物进化史和地质发展史联系起来,分析古生物区系形成的历史过程。

研究方法

  对化石的研究包括野外和室内两个阶段。野外阶段主要是采集标本和收集观察资料。室内阶段包括对化石的鉴定描述和专题研究。鉴定描述包括磨制、修理、鉴定、照相、描述等一系列程序,所使用的分类法和描述程序与生物学相同,命名法(二名法、优先律等)遵循“国际动(植)物命名法规”的规定。在此基础上,再进行某一学科方向的专题研究。

同邻近学科或分支学科的关系

  在生物学地质学相结合的一级交叉学科——生物地质学中,古生物学着重地质历史时期的生物学研究,以别于现代生物学与地质学相结合形成的其他学科,它一方面从生物有机界角度揭示地史时期的地球环境状况和地质作用过程,即侧重于生物学方面的地质学研究,另一方面从地质历史发展和演变的角度进行生物学研究,将当今的生物界作为生命发展历史中一个环节,为现今生物学提供史实依据。

  传统古生物学偏重于对古生物化石的分类描述。通常分为古植物学古动物学(包括无脊椎古生物学古脊椎动物学)以及微体古生物学。其中微体古生物学中,除微古动物外,还包含以古植物繁殖器官孢子、花粉为研究对象的孢粉学和以10微米以下的海洋超微浮游生物化石为研究对象的超微古生物学

  在描述古生物学资料积累的基础上,近代研究逐渐向生物学方向转变,称为近代古生物学或理论古生物学(Paleobiology),就目前发展水平,已形成的分科大致如下:

  1. 进化理论。如综合理论,即现代达尔文主义;间断平衡论
  2. 系统学分类学。包括综合分类学派、分支系统学派、数字分类学派等
  3. 形态学。特别是功能形态学和建造形态学
  4. 古生态学古遗迹学
  5. 古病理学

  古生物学与地质学、化学物理学数学遗传学等结合,又形成下列学科:

  1. 生物地层学生态地层学
  2. 古生物地理学
  3. 古生物数学
  4. 古生物化学
  5. 分子古生物学
  6. 生物矿物学
  7. 化石岩石学
  8. 古仿生学

应用

  古生物学研究有助于人类对于地球生命历史和演变过程的认识,为生命起源学说和进化论提供事实依据。例如,古生物学资料表明,地球上最早的生命记录出现于距今约38亿年前,但真核生物化石最早出现于大约18亿年前,而真正的后生动物仅有6亿~7亿年的历史(伊迪卡拉动物群)。由化石和岩石共同记录的生物演变历史及生物环境协同演变关系,为揭示地球环境提供了独一无二的有效手段。古生物学资料也为当今人类认识和改造地球环境提供了可供借鉴的地球历史依据。古生物学研究也直接服务于矿产资源的勘探、开发和利用。许多沉积矿产,如石灰岩硅藻土石油等,主要由化石组成,或由动植物遗体转化形成。同时,古生物资料对地层、古地理、古气候等古环境的研究以及矿产资源的勘探和开发起到了重要作用。