古生物学的详细数据
中文名:古生物学mbth:古生物学/PAL (a)古生物学学科:地质类型:学科分支、发展简史、研究方法、观察对象、鉴定与描述、生物进化、递进进化、阶段进化、分类系统、理论、功能形态学、建筑形态学、古病理学、古地理学、数学、化学、古生物学、分子、生物矿化、化石岩石学、古仿生学、分支、研究意义、服务于地质学、划分与比较地层、分支根据研究对象不同，古生物学分为两个分支:古植物学和古动物学。随着现代生产的发展和科学研究的深入，古植物学已分为古孢粉学和古藻类学；古动物学分为古无脊椎动物学和古脊椎动物学；古人类学不仅是人类学的一个分支，也是脊椎动物古生物学的一个分支。根据对个体微小动植物化石或大型生物微小部分的研究，形成了微体古生物的一个分支，在理论和实践上都显示出重大意义。发展简史中国和西方都有1000多年的历史。然而，古生物学在18世纪后期开始成为一门科学，大约有200年的历史。这门科学的创始人包括:J.-B .德·拉马克(无脊椎动物学)、w .斯密(生物地层学)、g .居·叶巍(提出了灭绝和灾变等相关定律和概念)和C. R .达尔文(其进化论为古生物学提供了科学的理论基础，指出了“化石记录不完整”的缺陷)。从那以后到20世纪中叶，古生物学的主流是描述古生物和生物地层学。这方面的成就是巨大的。先是西欧和北美，然后是苏联、东欧、中国、印度，甚至世界其他地区出版了大量的古生物和生物地层学专著，为古生物的综合研究提供了事实依据。这一时期古生物学其他方面的发展并不显著，原因之一是现代生物学(遗传学、分子生物学)的发展并没有渗透到其中，也缺乏一个统一的理论框架，可以为地质学中的古生物学指明方向。古生物学20世纪中叶以来，古生物学有了一些重大突破:①电子显微镜、特种摄影技术的应用和石油勘探的需要，使一些新的分支学科有了突飞猛进的发展，包括微、超微古生物学、古生物学、化石岩石学等；(2)基于大量资料的积累，古生物学理论的工作有了飞跃，最早是由辛普森和迈耶基于遗传学和进化论合成的。20世纪60年代以后，板块理论为古生物学提供了统一的全球地质背景，对古生物学提出了要求。由于生物学的一些新发展(中性理论、分支分类学等。)，古生物学在进化、系统学、古地理学等方面出现了许多新的思潮。对传统观念的冲击产生了一些新的成果，例如，总鳍鱼可能不是没有内鼻孔的四足动物的祖先。研究方法:古生物学的研究对象是化石。化石研究包括野外和室内两个阶段。野外阶段主要是收集标本和观测数据。采集观察的总体要求是数量和质量，具体要求视研究任务而定。比如生物地层学研究，要求选择好剖面，逐层寻找和采集化石，同时测量，逐层观察和记录岩性和化石产出，对岩石和化石样品进行编目和打包。如果是做古生态研究的，除了一般的生物地层学工作外，还应重点观察和收集古生物的分布、埋藏、群落结构等资料，经常进行野外定量采集和观察，多做草图和照片。古生物标本鉴定描述室内阶段包括化石鉴定描述和专题研究。鉴定描述包括打磨、修复、鉴定、拍照、描述等一系列程序。使用的分类和描述程序与生物学中使用的相同，命名方法(二项式法、优先法则等。)也遵循了《国际动物(植物)命名条例》的规定。在此基础上，进行某一学科方向的专题研究。生物古生物学的进化是地质历史时期的生物，也遵循达尔文进化论的原理。进化论指出的进化模式──分支进化、阶段进化、辐射适应、发散进化、会聚进化、平行进化和动力进化也适用于古生物学。此外，古生物的进化有其自身的规律和特点。比较重要的定律有:①不可逆定律，由比利时古生物学家l·多洛提出。它指出，无论是一个有机体还是它的器官，一旦进化了，就永远无法在后来的生物界恢复，一旦消失了，就永远无法在后代或其他地方重现。比如鱼类进化成陆生哺乳动物后，一些哺乳动物回到海洋变成了鲸鱼，但鱼类的鳍和鳃在鲸鱼体内无法恢复，鲸鱼只能靠肺呼吸，用进化的四肢和尾巴发挥鳍的作用。根据不可逆定律，在较老地层中已经灭绝的化石物种不会在较新的地层中再次出现，不同时代的地层中必然存在不同的化石生物群。层序律和不可逆律的结合构成了古生物方法确定地层时代和划分地层的基本原理。②相关定律，由法国古生物学家g·居·叶巍提出。它指出，生物体各部分的发育是相互紧密联系的，一个部分的变化也会引起其他部分的相应变化。这是因为对环境的适应必然会影响到很多方面。比如哺乳动物对肉类的适应，会引起一系列相关的变化，如牙齿分化(适应咬人)，上下颌加强，感觉敏锐，四肢强壮，脚趾有爪。根据相关的规律，应用比较解剖学的知识，可以从通常不完整的保存中恢复出完整的化石资料，并据此推断其生态习性，从而恢复古环境。③重复定律，由德国生物学家赫克尔提出。它指出，个体发展是系统发育的简单重复。根据递归规律，可以从个体发育追溯生物所属类群的系统发育，从而建立谱系，有助于正确分类。比如我们把一些单个珊瑚从婴儿期到成年期切片，可以看到内部结构一开始是单带，然后是双带，最后变成三带。这说明三带四珊瑚的系统发育经历了从单带型到双带型再到三带型的过程。古生物学的渐进演化古生物学的演化在宏观上具有不断进步和阶段性演化的特点。渐进式进化是指生物历史从少到多，从低到高，从简单到复杂的总趋势。Harlan等人(1967)根据2526属及以上的时间分布统计，从寒武纪的几十个增加到1000多个。植物、无脊椎动物和脊椎动物分别表现出相同的趋势。在65，438+06主要分类群中，除裸子植物、软体动物、腕足动物和爬行动物外，分化程度由低到高，由简单到复杂(陈，65，438+0978)。地质阶段演化是一系列短期突变(不连续)和长期渐变(平衡)的交替过程。突变是因为旧品类的大规模灭绝和新品类的爆发式重生和辐射式适应。新品类出现后，可以有一个长期稳定发展的渐进期，直到下一次中断。大规模灭绝是指在同一地质时期，地球大部分地区的许多物种灭绝。显生宙末期，埃迪卡拉动物群的消失代表了一次大灭绝。显生宙有6次大灭绝(寒武纪末、奥陶纪末、泥盆纪末、二叠纪末、三叠纪末、白垩纪末)。二叠纪末的一次最为猛烈。每一次大规模灭绝，属的交替达到百分之几十，种的交替更大，达到百分之九十以上。它们与下一个新范畴的辐射适应相结合，构成了地质史上相对地质年龄划分的基础。大规模灭绝的原因大致可以分为生物原因(竞争、捕食、营养源、营养区、营养水平变化等。)、内部原因(温度、盐度、气候、氧气、浅海、大陆架区域等的变化。)和外界原因(辐射、撞击、磁场变化等。).认为地外恒星碰撞激起尘埃和雾气，造成遮光、冷藏、中毒等综合效应，导致白垩纪末大规模灭绝。相当流行的说法是，二叠纪末的大规模灭绝是由于板块拼接导致的大陆架面积大倒退。始祖鸟的分类顺序与生物学相同，即界、门、纲、目、科、属、种，还有一些辅助单位如总科、总科、总科、总科(生物学上称为总科、总科)、亚种、亚属、亚科、亚目、亚门等。古生物物种的概念与生物物种相同，但由于化石无法判断是否存在生殖隔离，所以更注重以下特征:①共同的形态特征；②形成一定的人群；③人口分布在一定的地理范围内。根据上述特征确定的化石种被认为是自然生物分类单位，具有客观性。但有些化石物种往往只由生物某些部位的形态决定(如植物叶片)；或者经过详细研究，发现一些属于不同分类单元的生物被描述在同一个名称下；或者同一个分类单元有几种形态(如两性异形)，但被赋予了独立的名称。这些物种被称为形态物种，以区别于自然单位物种。属也有同样的情况。另一个区别是，现代生物分类中的最低单位是地理亚种，而古生物分类中有年代亚种，是指同一物种在不同时期具有不同形态特征的种群。年代亚种的进一步发展成为年代种。理论功能形态学根据骨骼形态判断功能。它的基本原理是，大多数形式都是适应的结果，都有功能，而这些功能是可以根据形式通过科学论证推断出来的。比如头足类动物的隔墙与外壳的分界线——缝合线，在进化过程中变得越来越复杂。为此提出了三种假说:①褶皱增加了壳体的强度，以抵抗快速起伏造成的压力差；(2)褶皱部分是肌肉附着处，肌肉膨胀使动物身体进退改变整个壳的比重，调节升力；③地幔褶皱增加了气液分泌的面积，调整了高程。隔膜褶皱是地幔褶皱的结果。根据三个假说，推断出合理的表现，并用缝合线的地质历史演化和个体发育加以验证。证明后两种假设不能成立，第一种假设更合理，明确了缝合褶皱的作用。功能形态学的研究可以延伸到古生态学和古环境的推断。比如有人认为恐龙不是温血动物，或者是基于功能形态学做出判断。古生物学的图像建构形态学是由德国古生物学家S. Seilacher等人从功能形态学的进一步发展中提出的。认为生物骨骼的形成基于三个因素:①历史因素，即系统发育，通过繁殖决定生物的基因型，即决定生物和骨骼的材料；②功能因素，即适应，通过种群和物种的自然选择，决定生物体和骨骼构建的方向；③形态发生的因素，即生长，通过生化过程决定生物体和骨骼的生长方式。比如现代马蹄铁的建造过程取决于:①适应在草原上奔跑的需要；②其祖先为三趾；③在个体的形态发生过程中，其他趾退化，中趾发育成蹄。据此可以依次从骨骼的构筑形态推断出系统发育、环境和形态发生过程。古病理学是一门关于化石遗迹中病理现象的科学。大多数局限于脊椎动物，已知的病理现象有过度生长、牙齿畸形和龋齿、骨折和骨痂、骨坏死、新关节增生、牙瘤、驼背、骨软化、骨髓炎、骨膜炎、骨关节炎、骨和颌骨肥大、脊柱变形、骨结核等。，主要存在于恐龙和哺乳动物中。植物和无脊椎动物的病理现象也有报道，如软体动物的寄生虫病。古地理学研究古生物的地理分布。它发展迅速，广泛应用于古地理和古环境的重建、板块运动的历史甚至矿物形成和分布的讨论。主要研究内容是各个时代的古地理植物区系，世界显生宙植物区系初具规模。植物区系一般分为区或界、区、亚区或省，有些还进一步分为亚省和地方中心。植物区系的划分因科而异。一般大区域和地域的划分更注重纬度、温度控制和地理屏障控制。在较低的植物区系单元中，生物群落的差异往往起重要作用，因此与古生态学有重叠。瓦伦丁(1973)把古地理学看成是洲际层面和全球层面的古生态学。古地理学除了研究植物区系外，还要研究古生物的扩散、分布、迁移、隔离和混合，这项工作正在不断深入。结合不连续平衡理论和分支系统学，出现了替代分化生物地理学，认为生物的分布不是从起源中心向外扩散的过程，而是一个祖先群由于地理隔离而分支为两个姐妹群的过程，分支点代表谱系学上的祖先群和地理学上的屏障。其分析方法与分支系统学相同，即寻找两个区域之间的关系更接近于与任何第三个区域之间的关系，从而建立生物类群分布区之间相互联系的紧密程度(历史顺序)。数学方法已被用于古生物学的各个领域。有很多应用:应用数学方法和计算机对化石进行识别、描述和计数；应用单变量和双变量分析等数学方法和相应的坐标图研究种群变异和种群动态；数字分类；定量古生态学等。对与古生物活动有关的化学过程及其产物的研究。大致有两个方向:一个方向侧重于化石和沉积岩中有机质的研究，将其作为化学化石来探索地质历史中化学有机质的演化规律。在最古老的岩石中发现并研究这种化学化石，对探索地球生命起源具有重要意义。另一个方向是研究古生物骨骼的化学成分，尤其是其矿物成分、微量化学成分和同位素组成。这些结果可用于研究:①海水水化学演化史；②海水古环境参数(盐度、温度)的测定；(3)以化石为主要成分的岩石化学和成岩作用，如碳酸盐岩；④化学循环史；⑤基于骨化学的生物分类；⑥骨形成过程；⑦应用化学演化研究年代地层学；(8)富含有机质的稀有元素(铀、镍、钒、钴)矿物的形成和分布等。分子分子古生物学是20世纪90年代兴起的多学科交叉领域，涉及古生物学、分子进化与分子系统学、地质学、地球化学等科学分支的理论和方法。分子古生物学研究的内容包括分子古生物学研究的基本概念、技术、方法、理论和原理，以及国外的主要研究方向和进展，包括分子进化理论、分子数据处理和分析方法、古DNA、古氨基酸、分子标记、分子系统学、古生物学和现代生物学的分子数据综合研究等。现代生物学研究的发展和现代技术手段的提高，促进了传统古生物学研究领域的拓展，带来了新的发展机遇。分子古生物学的研究方向是将现代生物学的新理论和技术方法应用到古生物学研究的过程中，如研究古蛋白质分子及其分解产物，确定古氨基酸的排列顺序等。同时充分体现当代古生物研究的特点和目标，在分子水平上探索古生物的进化、遗传和化学组成。氨基酸外消旋化的测定已应用于绝对年龄的测定。生物矿物学研究生物产生无机晶体和无定形的有机和无机物质形成骨骼的过程和结果。一方面研究骨骼的矿物组成及其形成机制，另一方面研究骨骼的显微结构(多边形柱状、交错薄片、珍珠质、均质层等。).研究成果用于:(1)古生物显微结构的分类与演化；(2)推断古海洋环境因素及其变化历史。古生物学、分子古生物学和生物矿化的研究领域局部重叠。化石岩石学主要是化石碳酸盐岩石学。现代研究表明，碳酸盐岩的形成往往与生物作用有关，包括粒化(骨粒、鲕粒、粪粒、有核石、凝块石等。)、制泥(藻类或无脊椎动物骨骼的分解产物是现代石膏的主要来源)、脚手架(珊瑚、叠层石、海绵等。形成岩石框架)等等。碳酸盐岩的转化往往与生物化学过程、成分(如镁)和结构(方解石、文石等)有关。)的生物碳酸钙骨骼在地质历史中有所演化。它们通过溶解、交代和重结晶作用影响成岩作用。这是古碳酸盐岩成岩作用不同于现代的重要原因。钙质化石现已被视为岩石的重要成因标志，薄片研究化石已成为确定古碳酸盐沉积环境的最佳方法之一。古仿生学探索了模拟古代生物生理结构的优势，为现代工艺设计提供了有益的参考。例如，根据栉江珧的重叠齿序列设计了双位；鸭嘴龙交错排列的牙齿(最多可达400 ~ 500颗)不断更替，可用于研磨粉碎设备的设计。传统古生物学是一门分支学科，主要研究古生物化石的分类和描述。通常分为古植物学、古动物学(包括无脊椎古生物学和脊椎古生物学)和微体化石。其中，微体古生物分为孢粉学的一个独立分支，超古生物的一个新分支，以超化石为研究对象。超微化石是指光学显微镜无法分辨，需要电子显微镜研究的微体化石。一般来说，它们的长度和直径都在10微米以下。现代研究在描述古生物资料积累的基础上，逐渐转向生物学，称为现代古生物学或理论古生物学。就发展水平而言，已经形成的分支大致如下:①进化论:如综合论，即现代达尔文主义；不连续平衡理论。(2)系统学和分类学:包括综合分类学、分支分类学和数量分类学。③形态学:尤其是功能形态学和建筑形态学。(4)古生态学和古生物学。⑤古病理学。古生物学与地质学、化学、物理学、数学和遗传学相结合，形成以下学科:生物地层学和生态地层学；②古生物地理学；③数学古生物学；(4)古生物学；⑤分子古生物学；⑥生物矿物学；⑦化石岩石学；8古代仿生学。其中，古生物学、分子古生物学和生物矿化也被视为现代古生物学的一部分。古生物学承担着为地质学和生物学服务的双重任务。建立地层系统和地质年代表为地质服务:这是古生物学在地质学中应用最广泛、最有效的方面。根据地层的层序规律，生物演化的进程、阶段和不可逆性，经过几十年的努力，建立了前寒武纪到第四纪的地层体系和相应的地质时代体系，即19世纪。虽然20世纪以来发展了放射性测年等手段，但生物地层学仍是建立各级地层单位的主要手段。对应于中生代、新生代、世界和地质时代时期的地层单位是界线体系、系列和阶段。比如爬行动物、裸子植物、菊石的盛世划分为中生代，其中恐龙、菊石的时期为侏罗纪；早侏罗世有两个菊石超家族，即原菊石科和裸菊石科。其中，塞诺曼时期的特点是绵羊的氨科。阶下还可划分出若干菊石带。划分和对比地层的研究叫做生物地层学。在生物地层学方法中，最古老的是标准化石方法。标准化石必须符合以下条件:(1)存在的地质年代较短，以便准确确定地层时代；地理分布广泛，因此很容易在大范围内找到和比较。比如上面提到的山羊石，可以在遍布欧亚的古地中海地区找到，是塞诺曼阶的标准化石。在使用标准化石方法时，需要注意的是，任何化石在时间上都有一个发生、繁盛、稀少和灭绝的过程，在空间上都有一个起源、迁移和分散的过程。前人和文献规定的年代和地域分布需要根据具体情况进行修正，不能生搬硬套。还需要注意的是，一个生物群中的各类化石具有不同层次的地层意义，不能忽视整个生物群的面貌，而仅仅根据少数标准化石来判断地层时代。除标准化石法外，还有百分比统计法、比较法、定量(或图示)比较法等。恢复古地理和古气候作为适应环境的结果，各种生物在习性、行为和身体形态上都具有反映环境条件的特征。因此，在了解了化石的形态、分类、生态之后，运用“由今论古”的方法，就可以推断出它们生存时期的生活环境。在这方面特别有用的是相化石，即能够清楚地指示某种沉积环境的化石。比如造礁珊瑚，生活在海洋中，水深不超过100米，水温在18℃以上，海水清澈，水流平静。因此，如果在地层中发现珊瑚礁，可以判断其沉积环境为温暖清澈的浅海。再比如蕨类植物生活在温暖湿润的气候中，那么地层中大量蕨类植物化石的发现，说明当时的古气候是温暖湿润的。在利用化石恢复古环境时，要注意地质时期许多生物生存环境的演变过程。例如，海百合在古生代是典型的浅海动物，但现在它们大多生活在深海中。另外，不仅是相化石，各种生物群和沉积物本身也具有反映环境的意义，要注意综合分析。研究沉积岩和矿物的成因及分布:很多沉积岩，如一些石灰岩、硅藻土等，主要由化石组成，尤其是能源矿物(石油、油页岩、煤)主要是动植物遗骸改造形成的。古生物学在找矿方面的应用主要包括以下几个方面:①根据成矿化石的时代分布和生态特征，研究矿物的分布规律；②微体化石和超微化石广泛用于准确划分对比含矿地层和指导钻探。③从古生物化学角度，研究了古生物对稀有金属元素的吸附、络合和结合富集规律；研究古细菌在矿物形成中的作用。在地球物理学、地球化学和构造地质学中的应用:地球自转速度的变化引起生物生存条件的变化，体现在生物形态和结构的变化。古代的生物钟是利用生物生长周期的特点来推算地质时期地球自转速度的变化。比如现代珊瑚的年生长期大约有360圈细线，每一圈代表一天。在泥盆纪的珊瑚化石上，生长细线约为400圈，而石炭纪则为385 ~ 390圈，表明每年的天数分别约为400和385 ~ 390天。这些数据与各个地质年代用天文方法得到的数据大致相同。研究双壳类、头足类、腹足类和叠层石的生长线也可以得出类似的结论。计算表明，寒武纪以来，各年、各月的天数都在逐渐减少，说明地球自转速度在变慢。在构造地质学中，应变椭球的形状和方向是通过变形的化石(腕足动物、笔石和三叶虫)与相似的未变形化石进行对比而得到的。在板块构造理论上，也有很多古生物的例子，比如南方大陆的分裂，可以用来寻找两边淡水爬行动物的中生龙化石。在一系列微板块或地体的研究中，更需要使用相关的古生物化石作为对比的依据。古生物学对于研究深海沉积物形成的地层具有重要意义。