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阅读 4717 次 历史版本 1个 创建者:lanwei87 (2012/11/22 14:14:40)  最新编辑:lanwei87 (2012/11/22 14:16:04)
古生物学
拼音:gǔ shēngwù xué
英文:paleontology
同义词条:paleontology
  古生物学(英语:paleontology)是研究地质时代中的生物及其发展的科学。分支学科通常分为古植物学、古动物学(包括无脊椎古生物学和古脊椎动物学)以及微体古生物学。其中微体古生物学分出一个独立分支孢粉学,后来又分出一个新的分支超微古生物学,以超微化石为研究对象。超微化石指光学显微镜不能辨别,需用电子显微镜研究的微体化石,一般长径在10微米以下。

  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。古生态学古遗迹学古病理学也逐渐受到重视。

  古生物学与地质学、化学、物理学、数学、遗传学等结合,又形成生物地层学、生态地层学、古生物地理学、数理古生物学、古生物化学、分子古生物学、生物矿物学、化石岩石学和古仿生学等。 

研究对象


  古生物学的研究对象是从岩层中发掘出来的化石(Fossil)。通过对化石的考察,配合对含化石岩层的了解以及其他一些有关地质问题的研究,就能解释古代生物中的各类问题。古生物学研究中最著名的就是验证大陆漂移学说。另外,由于不同的自然地理环境生活着不同的生物,也沉积着不同的沉积物,通过对其中化石的研究,可推断当时的古地理和古气候,而且有些矿产,如煤、石油等的形成与生物密切相关,通过研究可了解这些矿产的成因。

研究内容  

古生物的进化

  古生物是地史时期的生物,也遵循达尔文进化论的原则。进化论所指明的进化方式──分支进化、阶段进化、辐射适应、趋异进化、趋同进化、平行进化、动态进化等同样适用于古生物。除此以外,古生物进化有自己的规律和特点。比较重要的规律有:①不可逆律,为比利时古生物学家L.多洛所提出。它指出,无论是生物体或其器官,一经演变再不可能在以后生物界中恢复,一经消失也不可能再在后代或别处重现。例如,鱼类演化为陆生哺乳类后,一部分哺乳类又回到海洋成为鲸类,但鱼的鳍、鳃等都不能在鲸类中恢复,鲸类只能靠肺呼吸并以演变的四肢和尾起鳍的作用。根据不可逆律,在较老地层中已经绝灭的化石物种,在较新的地层中不会再出现,不同时代的地层中必具有不同的化石生物群。把层序律和不可逆律结合起来,就构成利用古生物学方法确定地层时代和划分地层的基本原理。②相关律,为法国古生物学家G.居维叶所提出。它指出,生物体的各部分发展是相互密切联系的,某部分发生变化,也会引起其他部分相应的变化。这是因为对环境的适应必然影响到许多方面。例如哺乳类对肉食适应会引起牙齿的分化(适应于撕咬)、上下颌强化、感觉敏锐、四肢强壮、趾端具爪等一系列相关的变化。根据相关律,应用比较解剖学的知识,可以从通常保存不完整的化石资料复原其整体,并可据以推断其生态习性,以恢复古环境。③重演律,为德国生物学家赫克尔所提出。它指出个体发育是系统发生的简短重演。根据重演律,可以从个体发育追索生物所属群类的系统发生,从而建立系谱,有助于正确分类。例如,将某些单体四射珊瑚从幼年期到成年期顺序切片观察,可看到内部构造初期为单带型,继之为双带型,最后变为三带型。这说明三带型四射珊瑚的系统发生经历了从单带型到双带型到三带型的过程。  

进步性进化

  古生物的进化有宏观上的不断进步和阶段性进化的特点。进步性进化指生物界历史总的是由少到多、由低级到高级、由简单到复杂的趋势。哈兰等(1967)根据2526个属以上类别的时代分布统计,从寒武纪时的几十个增至现在的1000多个。植物、无脊椎动物、脊椎动物分别呈现同样趋势。在16个主要门类中,除裸子植物门、软体动物门、腕足动物门和爬行纲外,均呈分异度增加,由低到高、由简到繁的趋势(陈世骧,1978)。  

阶段性进化

  一系列短期的突变(间断)与长期的渐变(平衡)交替发生的过程。突变是由于旧门类的大规模绝灭和紧接着的新门类的爆发式新生和辐射适应;在新门类产生后,可以有一长期的稳定发展的渐变期,直至下一个间断。大规模绝灭是指许多门类在地球上大部分地区在同一地质时期内绝灭。在隐生宙末,伊迪卡拉动物群的消失代表一次大绝灭。在显生宙,有人统计共有6次大规模绝灭(寒武纪末、奥陶纪末、泥盆纪末、二叠纪末、三叠纪末、白垩纪末) .其中二叠纪末的一次最为剧烈。每一次大规模绝灭,属的交替达百分之数十,种的交替更大,可达90%以上。它们与紧接的新门类辐射适应相结合,构成地史上划分相对地质年代的基础。关于大规模绝灭的原因,可大致分为生物界本身(竞争、攫食、营养源、营养区、营养水平的改变等) 的原因、球内(温度、盐度、气候、氧、浅海、大陆架区等的变化等)的原因和球外(辐射、撞击、磁场改变等)的原因。近年来,认为由于球外星体撞击,激起尘雾,造成蔽光、致冷、毒化等综合影响,引起白垩纪末大规模绝灭;以及由于板块拼合,大陆架区大海退引起二叠纪末大规模绝灭的说法相当流行。 

研究方法


  古生物学的研究对象是化石。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。采集和观察总的要求是量多质好,具体要求随研究任务而定,例如作生物地层研究,就要求选择良好剖面,逐层寻找和采集化石,同时进行测量,逐层观察并记录岩性和化石产出情况,同时对岩石、化石标本进行编录包装。如果是作古生态研究,除一般生物地层工作外,还要着重观察收集古生物的分布、埋葬、群落结构等资料,往往要在野外进行定量的采集和观察并多作素描和照相。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、照像、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)也遵循“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。

分支学科


  古生物学主要有以下分支学科:

  古植物学:研究古代植物的形态、分类、生活方式、生存条件和地史分布;
  古动物学:研究古代动物的形态、分类、生活方式、生存条件和地史分布;
  古生态学:研究古生物与环境关系;
  古生物化学:研究古老地层中所含生命有机质的,其研究为探索地球上生命的起源提供了新资料;
  古生物地理学:研究地史中植物群及动物群地理分布的。  

发展简史


  对于化石的认识在中国和西方都已有千年以上的历史。但古生物学成为科学则始于18世纪后期,约有200年历史。这门科学的奠基者包括:J.-B.de拉马克(无脊椎动物学)、W.史密斯(生物地层学)、G.居维叶(提出相关律及绝灭、灾变等概念)、C.R.达尔文(他的进化论为古生物学提供了科学的理论基础,同时指出了“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和生物地层学。这方面的成就是巨大的。先是西欧、北美,然后苏联、东欧、日本、中国、印度,以至世界其他地区出版了大量的古生物和生物地层专著,为古生物学的综合研究提供了事实基础。这个时期古生物学其他方面的发展不显著,原因之一是现代生物学(遗传学,分子生物学)的发展还没有渗透进来,在地质学中也缺乏能为古生物学指明道路的统一理论格架。

  从20世纪中叶以后,古生物学有一些重大的突破:①电子显微镜、特种摄影技术的应用和石油勘探的需要,使一些新分支飞跃发展起来,这包括微体和超微古生物学、古生物化学、化石岩石学等;②在大量资料的积累的基础上,古生物理论工作发生飞跃,最早是辛普森和迈尔基于遗传学和进化论对古生物进化理论的综合。60年代后,由于板块理论为古生物学提供了统一的全球地质背景,又向古生物学提出要求。由于生物学上一些新的发展(中性学说、分支系统学等),古生物学在进化论、系统分类学、古生物地理学等方面出现了许多新思潮。形成对传统观念的冲击,出现了一些新的成就,如总鳍鱼类不具内鼻孔而可能不是四足类的祖先等。 

发展方向


  展望今后古生物学的发展,有两个趋势是比较明显的:①描述古生物学和生物地层学作为一切研究的基础,仍将大规模进行。但重点将从大化石转向微体及超微化石,从定性转向定量;在鉴定描述、摄影显像、储存处理各方面技术上,将有巨大的变化;②现代古生物学和古生物学与其他科学的跨学科研究将日益加强。

  理论古生物学方面,间断平衡论、新灾变论、分支系统学与替代分化生物地理学结合在一起,总的趋向是否定渐变论,强调突变与渐变的结合,并适当注意灾变。

  古生物学与数、理、化、天、地、生六大基础学科的结合以及与地质学分支学科(大地构造学、岩石学、构造地质学)的结合正在形成许多新生长点。

  中国古生物学研究开始于20世纪初,比欧美晚了100年,因此目前仍需要大量积累基本资料,描述古生物学和生物地层学工作仍有不可忽视的重要作用,因为它是一切古生物学和地质学研究的基础,并需不断总结提高,力争形成符合中国情况的系统,打破“欧美标准”的生物地层学框框。同时也要大力开展现代古生物学研究,改变只提供素材而缺少理论综合的局面。

古生物学的应用


  古生物学担负着为地质学和生物学服务的双重任务。

  1、为地质学服务

  建立地层系统和地质年代表  这是古生物学在地质学中应用最广、成效卓著的方面。根据地层层序律,生物演化的进步性、阶段性和不可逆性,经过数十年的努力,在19世纪建立了从前寒武系到第四系的地层系统和相应的地质年代系统。20世纪以来虽然发展了放射性年龄测定法及其他手段,生物地层学方法仍是确立各级地层单位的主要手段。与地质年代中代、纪、世、期相应的地层单位为界系、统、阶。例如把爬行动物、裸子植物、菊石类的繁盛时代划为中生代,其中恐龙类与菊石亚目极盛的时期为侏罗纪;早侏罗世以Eode-rocerataceae与 Psilocerataceae二个菊石超科为特征;其中赛诺曼期以白羊石菊石科为特征。期以下还可以分出若干菊石带。

  2、划分和对比地层

  这方面的研究称生物地层学。生物地层学方法中,历史最久的是标准化石法。标准化石须具备下列条件:存在的地质年代短,以便精确地确定地层年代;地理分布广泛,以便易于找到并可作大范围的对比。例如前面提到的白羊石,在欧亚各地古地中海区都能找到,是赛诺曼阶的标准化石。在使用标准化石法时,应注意任何化石都有在时间上发生、繁盛、稀少、绝灭的过程和在空间上起源、迁移、散布的过程。前人及文献中所规定的时代及地理分布需要根据具体情况而修改,不能生搬硬套。还要注意一个生物群中的各类化石都有不同程度的地层意义,不能忽视整个生物群面貌,而仅根据少数标准化石来判断地层年代。

  除了标准化石法、百分统计法等外,近年来发展了许多生物地层学新方法,如生态群落对比法,数量(或图解)对比法等。

  恢复古地理、古气候 由于适应环境的结果,各种生物在其习性行为和身体形态构造上都具有反映环境条件的特征。因此搞清了化石的形态、分类、生态后,应用“将今论古”的方法,就可以推断其生存时期的生活环境。这方面特别有用的是指相化石,即能明确指示某种沉积环境的化石。例如造礁珊瑚的生活环境为海洋,水深不超过100米,水温在18℃以上,海水清澈,水流平静。因此,如果在地层中发现了珊瑚礁体就可以判断其沉积环境为温暖、清澈的浅海。又如,蕨类植物生活在温暖潮湿的气候环境中,因此在地层中发现大量蕨类植物化石,就指示当时的古气候温暖潮湿。在使用化石恢复古环境时,应注意不少生物在地史时期中其生活环境有演变过程,例如海百合在古生代是典型浅海动物,现则多数栖居深海。此外,不仅指相化石,而且生物群的各类别以及沉积物本身都有反映环境的意义,须注意综合分析。

  3、研究沉积岩和沉积矿产的成因及分布

  许多沉积岩,如某些石灰岩、硅藻土,主要由化石组成,特别是能源矿产(石油、油页岩、煤)主要由动植物遗体转化形成。目前应用古生物学于找矿的主要有以下方面:①根据成矿化石的时代分布、生态特点等,研究矿产的分布规律;②广泛使用微体和超微化石,精确地划分对比含矿层位,指导钻探等;③从古生物化学角度,研究古生物通过吸附、络合、化合等方式富集稀有金属元素的规律;研究古细菌在矿产形成中的作用等。

  4、在地球物理、地球化学、构造地质学方面的应用

  地球自转速度的变化,引起生物生活条件的变化,反映为生物形态和结构的变化。古生物钟即利用生物生长周期的特征计算地史时期地球自转速度的变化。例如现代珊瑚体上一年生长期内约有360圈生长细纹,每纹代表一日。在泥盆纪的珊瑚化石上,该生长细纹约400圈,石炭纪的为385~390圈,说明当时每年天数分别为400及385~390左右,这些数据与用天文学方法求得的各地质时代每年的天数大致相同。用双壳纲、头足纲、腹足纲和叠层石的生长线研究也可得出相似结论。通过计算表明,自寒武纪以来,每年和每月的天数在逐渐减少,说明地球自转速度在变慢。

  在构造地质学中,应用已变形化石(腕足类、笔石、三叶虫)和同类未变形化石的对比,来求得应变椭球体的形状和方向。

  关于板块构造学说,也不乏借助于古生物学的例子,如南方大陆的分裂,可以用在两侧同时找到淡水爬行动物中龙(Mesosaurus)化石为例。在一系列微板块或地体的研究中,更需借助有关的古生物化石作对比依据。

  古遗迹学在研究深海沉积形成的地层时很有意义。 

   5、为生物学服务

  为生命起源学说进化论提供事实依据。生命起源方面,已知最早的化石资料大致如下:

  距今7 亿年  最早的大化石(伊迪卡拉动物群)
  距今8 亿年  啮草原生动物形成
  距今10亿年  有性分裂生物形成
  距今15亿年  真核细胞形成
  距今23亿年  产氧微生物群落发展
  距今31亿年  最早的叠层石
  距今33亿年  最早的化石(南非的古杆菌及巴贝通球藻)

  以上过程清楚显示生命在早期发展阶段的进化过程。

  古生物学为进化论提供的证据有3方面:①总的古生物发展史显示生物由低到高,由简单到复杂的总趋势,植物中由菌-藻-蕨类-裸子植物;动物中从原生动物-无脊椎动物-脊椎动物,脊椎动物中从鱼-两栖类-爬行类-鸟和哺乳类,其形成和繁盛的时代都是按上述顺序相继出现的。②在各主要类别之间陆续发现中间环节的化石,证明它们之间有亲缘关系和共同起源。例如介于鱼类和两栖类之间的总鳍类;介于两栖类和爬行类之间的鱼石螈;介于爬行类和鸟类之间的始祖鸟等。③在一些具体的类别中建立起符合进化论的系统发生关系,如马的谱系,从开始发生到现在的整个过程已研究得比较清楚,为进化提供了实证。

  随着学科间渗透、交叉,古生物学的服务范围已超出地质学和生物学,向着天文学、物理学等方向扩展。 

古生物学和考古学的区别


  ①考古学 (Archaeology)是根据人类通过各种活动遗留下来的实物以研究人类古代历史的一门科学。考古学属于社会科学范畴,是历史科学的一个组成部分。其研究年代的下限,在中国定在明朝的灭亡(1644)。其上限也很清楚,即有了人类以后,尤其是有了人类活动所遗留下的实物以后。可以说考古学研究的时间范畴大体上是旧石器时代到中国的明末(欧美各国时代下限各不相同)。人类的旧石器时代约相当于地质历史时期的中更新世中期至晚更新世晚期。更早些的更新世早期旧石器多无确切的断代证据。

  ②作为考古学研究对象的旧石器时代的遗物,都是埋藏在第四纪地层中的。对除石器外的其余研究工作,包括当时的生物化石,必须由地质学家(包括地貌学家)和古生物学家担任。因此,作为自然科学工作者的古生物学家也常常从事旧石器时代考古工作。到新石器时代(包括中石器时代)人类文化更为进步,其器物也更为多样,又出现了装饰品、陶器等。其时代约相当于地质历史的全新世,已经不属于古生物学研究范畴。作为历史科学的一部分,新石器时代考古基本上都由社会科学工作者承担。

  这一概念在科学上是清楚的。考古学研究对象主要是经过人类有意识加工的。有时一些自然物虽未经人类加工,但与人类活动有关,并能反映人类的活动,如农作物、家畜、渔猎品、采集品等,也属考古学研究范围,但对其详细研究工作却须由生物学家、古生物学家按照自然科学方法进行工作的问题了。

  考古学属于人文科学或社会科学中历史科学的一部分,在欧美虽有时包括在广义的人类学中,但它绝不属自然科学。但这并不排斥在考古学研究中尽量采用自然科学知识和技术方法或和有关的自然科学工作者合作进行考古研究。

  ③古生物学作为生物科学的组成部分,属于自然科学。它研究的对象中包括现代人和猿人在内的一切生物。人类化石自然是古生物学家或专门的古人类学家研究的对象。如上述,人类化石遗址中,往往有石器。因此,部分古人类学家同时也进行旧石器的研究。

  因此,考古学与古生物学(或古人类学)是不相统属的两门学科。考古学研究 200万年以内的人类活动遗存(重点是1万年以内的)。古生物学研究的是1万年以前生活过的一切生物(包括人类)自身,当然是通过其所形成的化石。二者在200万年间互有重叠,但其着眼点却有极大差别。

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