01古生物

第十章古生物及化石第一讲徐亚军地球科学学院构造系地质学下册的主要内容与特点一、主要内容地质学下册主要涉及地层古生物学、构造地质学、岩相古地理与地史学等方面的主要内容。其中地层、构造、岩相古地理为本学期的重点内容。除授课外，另有十余学时的相应实习课程。二、基本特点“将今论古”原则是地质研究的基本原则之一，上学期主要为“将今”，这学期则为“论古”。化石、构造等均为地质历史时期遗留下来的痕迹，正确地分析、判断它们的形成原因、条件是本学期地质学课程所要掌握的基本内容。同时，通过课堂实习，掌握相关地质图件的阅读与编绘能力，为秭归地质野外实习打下良好的基础。三、基本要求根据上述内容与特点，其基本要求为：1、认真听讲、做好笔记。掌握基本理论与概念。2、上好每次课堂实习，认真、仔细地完成每次课堂作业。掌握常见地质图件的编绘方法，具备一定的综合读图能力。四、成绩构成1、平常作业20%。2、平时表现10%。3、期终考试70%。一、何谓古生物古生物学的研究对象二、化石古生物是指第四纪全新世以前的生物。大约一万年以前。全新世以后的生物称为现代生物。研究古生物的分类、结构、构造以及发展、演化规律等的学科称之为古生物学。古生物学的研究对象为化石。：是指由于自然原因保存在地层中的古生物遗体或遗迹。分类：根据化石的形成特点与保存状态可将化石分为实体化石、模铸化石、遗迹化石、化学化石。1、化石的定义与分类图一、蜻蜓化石遗迹化石模铸化石实体化石保存于地层中的古生物全部遗体或部分肢体（骨骼、壳体、根、叶等）称之为遗体化石保存的古生物活动时遗留的痕迹(足迹、爬迹等)称之为遗迹化石。保存的古生物印模或复铸物称之为模铸化石。由于某种特殊自然原因，保存下来的古生物实体称之为实体化石。常见的有冻土带中的猛犸象化石以及琥珀中的昆虫化石等。图三、蠕虫遗迹化石图四、蛇菊石模铸化石印模内核图五、琥珀中的昆虫化石化石形成的条件古生物死亡后并不是都能形成化石，只有满足下列条件方能形成化石。1、古生物要有硬体（骨骼、纤维等）。因为，古生物死亡其硬体部分更不容易腐烂，故易保存为化石。2、古生物死亡后要有迅速埋藏的有利环境。古生物死亡后其遗体被迅速埋藏，可防止其它生物的破坏，有利于保存为化石。3、保存于地层中的古生物遗体或遗迹需经过石化作用，方能成其为化石。石化作用的类型石化作用分两种类型：一种是生物的硬体被矿物充填或置换而成为石质，根据物质成分分为钙化、硅化、黄铁矿化等。二是生物的有机组分经升馏作用逸去，仅留下炭质薄膜并保成为化石，这种作用称炭化作用。由于化石的保存需要以上条件，因而众多的古生物死亡后能保存下来，并被人类发现、采集到的仅是一小部分。因此研究古生物的演化应考虑化石记录的不完备性，同时我们也应爱惜得之不易的化石。图六、盘龙化石图七、海星化石图八、石炭纪植物化石三.生命的起源和演化1.生命的起源2.生物的进化生命的起源问题是自然科学的重大课题之一，是有神论与无神论争论的焦点。自然科学家们认为，生命是由无机物通过复杂的化学变化而逐渐演变形成，这一过程分为三个阶段：（1）氨基酸、单糖的形成阶段。（2）甘氨酸蛋白质、核糖核酸等大分子形成阶段。（3）多分子体系形成阶段。生物的进化一直遵守着从低级到高级，从简单到复杂的基本演化规律。主要表现在：（1）进步性（2）生物进化的不可逆性（3）适应与特化自从生命出现以来，生物保持了不断上升的、进步的发展。如从异养到自养、从水生到陆生、从无性繁殖到有性繁殖、从裸子到被子、从卵生到胎生等。生物在演化过程中遵循着不可逆性原侧，即新的物种不断兴起，旧的逐渐灭亡，已经演变的物种不可能回复祖型，已经灭亡的物种不可能重新出现。生物在其形态结构以及生理机能诸方面反映其生活环境及生活方式，是生物对环境的适应。一种生物对某种生活条件特殊适应的结果，使它在形态和生理上发生局部的变异，其整个身体的组织结构和代谢水平并无变化，这种现象叫作特化演化的两种模式（据Stanley,1979）(a)间断平衡论模式；(b)渐变论模式；(c)突变和渐变造成的演化量比较早期生物的发生和演化•第一次飞跃是最早生物的出现。尽管地球年龄约46亿年，但生物化石仅在35亿年以后的地层中发现。澳大利亚皮尔巴(Pilbara)的Warrawoona群（35亿年）碳质燧石中发现于叠层石中的丝状细菌是目前发现最早的可靠化石记录；在南非昂威瓦特系（OnverwachtSeries，约34亿年）也发现了可能为蓝藻和细菌的球形或椭圆形有机体。这些最早的化石记录是从非生物的化学物质向生物进化转变时出现的最早生物。•第二次飞跃是早期生物分异即多样性的增加。加拿大Ontario西部苏必利尔湖沿岸的前寒武纪Gunflint组（20亿年）中发现8属12种的微化石。这些生物的存在证实经过10亿年的演化，原核生物已发展到相当繁盛的程度，这可能与后期富氧大气圈的出现有关。•第三次飞跃是从原核生物演化出真核生物。在澳大利亚北方Amadens盆地的BitterSprings组的燧石（约10亿年）中，发现了4个属的微化石。在我国华北雾迷山组的黑色燧石（12~14亿年）中发现真核的多核体型藻类，属于绿藻纲管藻目多毛藻科，在印度、美国、加拿大等国家，时代大体相同的地层中均有发现，说明此时真核生物已较多。在我国距今17.5亿年的串岭沟组中发现属于真核生物的宏观藻类（Vendotaenides），这表明真核生物的出现在18亿年之前，而真核生物的大量繁盛在10亿年前。•第四次飞跃是后生动物的出现。后生动物出现的时期一般认为在距今5.6亿年，主要是软躯体的腔肠动物、蠕形动物中的一些门类。澳洲南部的埃迪卡拉动物群就是一个代表。埃迪卡拉动物群(5.6亿年)中，67%是腔肠动物，包括水母、水螅、锥石、钵水母类及珊瑚虫纲的代表；环节动物占25%，节肢动物占5%，以及其他亲缘关系不明的化石和痕迹化石。该动物群分子在西南非洲纳马群、加拿大的康塞普辛群、西伯利亚北部文德系、英国强伍德森林地区、瑞典北部的托内湖区及我国的埃迪卡拉系上部等都有发现。后生动物•后生动物是动物界除原生动物门以外的所有多细胞动物门类的总称。其特征是体躯由大量形态有分化、机能有分工的细胞构成；与群体原生动物的、兼有营养和生殖功能的细胞不同，其生殖细胞和营养细胞有明显的分化。依体制形态的对称情况，后生动物可分为不对称动物(多孔动物门)、辐射对称动物(腔肠动物门、栉水母动物门、棘皮动物门）。后生动物在胚胎发育过程中有胚层的分化，其中多孔动物门只有内胚层和外胚层的初步分化，腔肠动物门在内外胚层间又有中胶层。自扁形动物门以后的门类都是三胚层动物。显生宙生物的演化•寒武纪生物大爆发埃迪卡拉纪末期出现了具外壳的多门类海生无脊椎动物，称小壳动物群，在寒武纪初大量繁盛。其特征是个体微小(1~2mm)，主要有软舌螺、单板类、腕足类、腹足类及分类位置不明的棱管壳等。小壳动物群处于一个特殊的阶段，它是继埃迪卡拉动物群之后首次出现的带壳生物，动物界从无壳到有壳的演化是生物进化史上的又一次飞跃，是寒武纪生物大爆发的第一幕。“寒武纪生物大爆发”的第二幕以产于我国云南澄江地区寒武纪早期地层中的“澄江动物群”（5.3亿年）为代表。澄江动物群的组成有三叶虫、金臂虫类、水母、蠕虫类、甲壳纲、分类位置不清楚的非三叶虫节肢动物、腕足类和藻类等。保存有软体的有Naraoia、水母类、蠕虫类及非三叶虫的节肢动物等。现已定名159属180种。在寒武纪初不到地球生命发展史1%的“瞬间”，创生出99%的动物门类，真可谓“创造门类的时代”。显生宙生物的演化•动植物从水生到陆生的发展在志留纪及其以前的植物都是低等的菌藻类，完全生活在水中，无器官的分化。志留纪末期至早、中泥盆世，地壳上陆地面积增大，植物界由水域扩展到陆地。此时植物体逐渐有了茎、叶的分化，出现了原始的维管束输导系统，茎表皮角质化及具气孔等，这些特征使植物能够适应陆地较干燥的环境并不断演化发展，生存空间不断向陆地内部延伸。具有叶子的植物在中泥盆世大量出现，晚泥盆世已出现显花植物的古老代表。“鱼形”化石在早寒武世澄江动物群中已出现，为无颌类。有颌类最早出现于中志留世，它的出现是脊椎动物进化史上的一件大事，它使脊椎动物能够有效地捕食。志留纪晚期脊椎动物开始从海洋登陆，总鳍鱼类中的骨鳞鱼可能是四足动物的祖先。从总鳍鱼类向两栖类过渡性质的化石发现于晚泥盆世地层中。完全摆脱水生变成陆生，是两栖类演化到爬行类。爬行动物在胚胎发育过程中产生一种纤维质厚膜，称为羊膜，它包裹整个胚胎，形成羊膜囊，其中充满羊水，使胚胎悬浮在液体环境中，能防止干燥和机械损伤。羊膜卵的出现使四足动物征服陆地成为可能，并向各种不同的栖居地纵深分布和演变发展，是脊椎动物进化史上又一件大事。四.研究化石的意义1.确定地层的新老顺序不同物种的出现具有一定的顺序，如先水生、后陆生，先植物、后动物等。同一物种总是从低级向高级发展。相应的地层，老地层所含生物较低级，新地层所含生物较高级。因而，可以根据地层中所含的古生物化石判别地层的新老顺序。由于任一生物均生活在一特定的地质时期内。因而，不同地区，同一时代地层，含有同一时代的生物。同一地区，不同时代地层，含有不同时代生物化石。在进行地层划分与对比时我们通常利用标准化石——具有时代分布短、地理分布广、特征明显、数量众多等特点的化石。2.确定地层的时代和进行地层划分与对比图九、地层的划分与对比古生物及化石A-D各代表某一时代的化石划分对比c-Db-Oa-Sf-De-Od-S甲地乙地其中a-f代表化石，S-D代表地质时代3.推断当时的古地理、古气候特征，为找矿提供资料其一，任何生物均生活在一特定的时空范围内，所谓的时空是指生物演化的阶段性与生物生存环境范围和其参数。例如，恐龙仅生活在三叠纪至白垩纪（距今约2.3——0.67亿年），大多数生活在温暖潮湿的沼泽地带。其二，由于生物均在特定的生活环境下生存，他们的习性、行为和身体形态、结构等必定也反应其生活。因此，我们可以根据古生物的演化特点大致判别古生物的生存年代，同时根据古生物的形态及结构等推论古生物当时的古地理及古气候特征。另外，某些古生物的繁衍也为成矿创造了条件，例如煤和石油等。五.化石的分类与命名1.分类单位古生物的分类单位由小到大为：界、门、纲、目、科、属、种。以中国周口店猿人为例：界——动物界门——脊椎动物门纲——哺乳纲目——灵长目科——类人猿科属——中国猿人属种——中国猿人北京种1属—由若干构造特征相似，在系统发生上具有共同起源的种组成。2种—由杂交可繁殖后代的一系列自然居群组成，他们与其他类似机体在生殖上是隔离的。共同起源、形态特征、分布于一定的地理区、适应一定的生态环境。2.属种基本概念3.古生物的分类古生物古植物古动物低等植物高等植物菌类、藻类苔藓植物门蕨类植物门裸子植物门被子植物门单细胞动物多细胞动物原生动物门腔肠动物门苔藓动物门碗足动物门软体动物门节肢动物门脊索动物门等一、蜓(李四光命名)（原生动物门）1、生活时代2、生活环境3.化石特征蜓属原生动物门,肉足虫纲,有孔虫目.因其外形多为纺锤形,故也称之为纺锤虫,也可见透镜状或球状,大小一般为3厘米左右。始于早石炭世晚期,早二叠世达于极盛,晚二叠世开始衰落,二叠纪末全部绝灭。是石炭、二叠纪的重要标准化石。生活于水深100米左右的热带或亚热带正常浅海环境,营底栖生活。壳体一般大小如麦粒,最小不到1厘米,最大可达20__30厘米以上。具多房室包旋壳,见下图。初房—最初的房室。房室—两隔壁之间的空间。隔壁—分割两隔壁的壳室。前壁—终室前方的壳壁。旋壁——蜓的外壳。轴切面—垂直壳壁生长方向的切面。旋切面—平行壳壁生长方向的切面。蜓化石二、珊瑚纲（腔肠动物门）1、生活时代2、生活环境３.骨骼构造（以单体为例）珊瑚属腔肠动物门(具中央腔),珊瑚纲。始于中寒武世,主要为古生代（Ｐｚ）,部分至今。海水清澈、缓慢流动的温暖、盐度27‰—48‰的浅海环境，底栖固着生活，分单体与群体。１外部构造外壁—珊瑚个体的外部墙壁。表壁—外壁上的灰质薄膜。萼部—珊瑚虫栖息的部位。2