2012-第2章 古生物学基础

第二章古生物学基础•第一节古生物学的基本概念•一、基本概念•二、古生物学的研究内容•三、古生物学发展简史•四、古生物学发展时期的重大事件•一、基本概念•1、古生物学•（Paleontology）定义定义：研究地史时期生物界面貌和发展历史的科学。其研究范围不仅包括了各地史时期地层中保存的古生物本身，还包括一切与生物活动有关的地质记录。2、地史时期的定义什么叫地史时期？现代全新世生命开始发生地壳固结——————————————1.0万年36亿年46亿年地史时期地史时期生物界的特征第一节古生物学的基本概念•一、基本概念•二、古生物学的研究内容•三、古生物学发展简史•四、古生物学发展时期的重大事件二、古生物学的研究内容与现今生物学(Neotology)相对应，但它的研究内容在许多方面超出了现今生物学的研究范畴。研究的具体内容为：生物学方面：生物体的形态、结构、构造、分类、个体发育和系统发生、生物演变和环境适应，乃至生物的生理和生物化学等。地质学方面：古生物的地质时间含义、古生物的兴衰与迁移、古生物地理以及古生物与能源、矿产等。古生物学的基础工作包括：化石的采集和发掘化石处理和古生物复原古生物鉴定和描述在此基础上进行分类，进而研究各类生物的生活方式、生活环境和进化规律。二、古生物学的研究内容古生物学的主要分支学科古动物学paleozoology古无脊椎动物学invertebratepaleontology古脊椎动物学vertebratepaleontology古人类学paleoanthropology古植物学paleobotany古藻类学paleoalgology孢粉学palynology古遗迹学paleoichnology微体古生物学micropaleontology超微古生物学ultramicropaleontology分子古生物学molecularpaleontology二、古生物学的研究内容地球生物学(geobiology)古生物学paleontology着重于地质体中的古生物化石记录,突出其地质学意义,地球生物学geobiology则突出了生命系统和地球系统的相互作用.分支：分子地球生物学，地球微生物学，传统古生物学地球生态学，地球生理学生物地球化学，生物地球物理学，生物地质学。•一、基本概念•二、古生物学的研究内容•三、古生物学发展简史•四、古生物学发展时期的重大事件第一节古生物学的基本概念三、古生物学发展简史1、启蒙阶段(17世中期以前)萌发朴素的古生物学的思想：颜真卿（709-784）“高石中犹有螺蚌壳，或以为桑田所变。”葛洪(284-364)的“神仙传”,提出“东海三为桑田。”沈括(1031-1095)的“梦溪笔谈”,“..…乃昔之海滨，今东距海已近千里。所谓大陆，皆浊泥所湮耳。”朱熹（1130-1200）“尚见高山有螺蚌壳或生石中，此石乃旧日之土，螺蚌即水中之物，下者却变而为高，柔者却变而为刚。”2、17世纪中期斯坦诺（Steno，1638-1686）：1669年提出著名的地层叠覆原理、原始水平性原理、原始侧向连续原理。奠定了近代地层学的基础，也是相对地质年代建立的基础。3、19世纪（1）英国史密斯（W.Smith,1769-1839)发现每一地层都有其特殊的生物群面貌，既不同于上覆地层，也和下伏地层不一样，称为生物层序律(LawofFaunalSuccesion)，为化石应用于地质学，特别为生物地层学的发展奠定了基础。3、19世纪（2）法国拉马克（JBLamarck,1744-1829)，他对无脊椎动物分类系统和巴黎附近无脊椎动物的详细论述，被誉为无脊椎动物学的创始人。3、19世纪（2）法国居维叶（G.Cuvier,1769-1832）研究巴黎盆地的哺乳动物，于1812年发表了《四足动物骨化石的研究》的重要论著，创建了古脊椎动物学；他还倡导灾变论(Catastrophism)认为地球上生物的变化是地球形成以来经历了一系列巨大灾变的结果。这一思想解释了地质时期一些重大生物变革事件。3、19世纪（3）法国布朗尼尔（ATBrongniart,1801-1876）提出了古植物的分类方案，系统阐述了研究古植物的一些原则，并著有《化石植物史》的重要论著，被视为古植物学的奠基人。3、19世纪（4）•苏格兰郝屯（Jhutton,1726-1797）和英国的莱伊尔(C.Lyell,1797-1875)，主张用现代地球上正在进行着的地质作用来解释过去地球上发生的地质作用，“thepresentisthekeytothepast”(今天是过去钥匙)，这就是地质学上的均变论(Uniformitarianism)，从而引发了古生物地史学和地质学发展史上的第二次重大争论。4、19世纪末期至20世纪中叶达尔文（Cdarwin，1809-1882）撰写了《物种起源》，提出以自然选择为中心的生物进化原因的论述。德国的瓦尔特（1893-1894）建立相(Facies)的有关理论，即瓦尔特相律。英国的华莱士(1823-1913)的动物地理分区（1875）。俄国的卡尔宾斯基(1847-1936)首先（1887）编制欧俄部分不同时期的古地理图。美国的丹纳(J.Dana,1813-1895)地槽说(geosyncline)。魏格纳的大陆漂移说。5、现代（20世纪60年代至今）60年代板块学说(PlatTectonics)的诞生为标志，新技术新方法和交叉学科蓬勃出现，如多重地层单位。层型(stratotype)概念的产生。新灾变论(Neocatastrophism)及间断平衡论的提出等。层型层型概念层型（stratotype）——一个已经命名的地层单位或其界线原始或后来被指定作为对比标准的地层剖面，它是确定和识别一个地层单位或一个地层界线的标准层型是在一个特定的岩层序列内，代表了一个特定的间隔或一个特定的界线点。这个特定的间隔就是这个地层单位的单位层型。特定点即是地层界线的界线层型单位层型：指定义和识别一个地层单位当标准用的地层典型剖面界线层型：给两个命名的地层单位之间的地层界线下定义和为识别这个界线作标准的特殊岩层序列中的一个特定的点（goldpoint）全球层型剖面和点简称界线层型（GSSP），指特定地区内，特定岩层序列中的一个专有的标志点，籍此构成两个年代地层单位之间的定义和识别标准四、古生物学发展时期的重大事件“火成论”和“水成论”之争“均变论”和“灾变论”之争“固定论”和“活动论”之争“火成论”和“水成论”之争水成论创始人:德国地质家维尔纳（A.G.Werner,1749–1817)。水成论学派认为水成作用是最根本的地质作用，地壳上物质最初都来源于水成作用。火成论创始人:苏格兰地质学家郝屯(J.Hutton,1749-1797)。火成论学派认为，火成作用是地质作用的基础，地壳上的物质最初都来源于火成作用。这场争论最终以火成论的胜利而告终。“均变论”和“灾变论”之争均变论创始人:郝屯和英国地质学家莱伊尔。他们认为地质营力、作用过程及其产物之间的相互关系无论是现在还是地史时期在原则上和质的方面都是不变的，从而建立了将今论古的现实主义或均变论的思想体系。灾变论创始人:法国动物学家居维叶。他认为地层中生物化石的更替是突然的、瞬时的，而不是缓慢的、渐进的。“固定论”和“活动论”之争固定论认为地球上的大陆和海洋在长期的地球演化历史中外形轮廓及地理位置没有发生过大的变化这种思想以地槽（J.Dana，1873）、地台（А.М.Карпинскии；1889）学说为主要代表，是长期统治地质学各领域的大地构造观。德国气象学家A.Wegener(1988-1930）的大陆漂移说Hess（1962）和Dietz（1961）的地幔对流学说和海底扩张学说60年代后期板块学说（X.LePichon,J.Morgen,D.P.Mekemzie）。地体理论、地幔柱学说、地球脉动学说活动论“固定论”和“活动论”之争（续）第二节古生物化石•一、化石的定义•二、化石的形成条件•三、化石的保存类型•四、化石的研究方法•五、化石的分类与命名一、化石的定义化石fossil保存在岩层中地质历史时期的生物遗体、生物活动痕迹及生物成因的残留有机物分子。1、化石与一般岩石的区别化石区别于一般岩石在于：它与古代生物相联系，具有生物特征，如形状、结构、纹饰、有机化学组分等；或者具有生命活动信息：生物遗迹、遗物、工具等。2、化石举例:树干化石例2树叶化石例3贝壳化石例4昆虫化石例5蛋化石例6遗迹化石例7足印化石例8粪化石假化石1pseudofossil•在形态上与某些化石十分相似，但与生物或生物生命活动无关只能称为假化石，如姜结石、龟背石、泥石、卵形砾石、波痕、放射状结晶的矿物集合体、矿质结核、树枝状铁猛质沉积物等都不是化石。假化石2pseudofossil•人为造成的假化石，最突出的例子是“辟尔当人”（Piltdownman）事件，1913年，报导英国辟尔当发现人类头骨化石，定名为曙人（Eoanthropusdawsoni。1953年有人用氟处理该标本后证实属伪造，所谓的辟尔当人是用现代人的颅骨和精心加工的猩猩下颌骨拼合在一起的假人类头骨。尾巴“古盗鸟”之迷“古盗鸟”《自然》2000/4/13《自然》2000/2/17“古盗鸟”的真相+燕鸟小盗龙3、化石类型(体积大小分类)大化石macrofossil用常规方法在肉眼下即能研究的化石。微化石microfossil肉眼不能直接可靠地分辨，需要借助于一定的仪器设备及通过一定的手段才能进行研究的生物体或身体的微小部分。超微化石nannofossil分子化石Molecularfossil•一、化石的定义•二、化石的形成条件•三、化石的保存类型•四、化石的研究方法•五、化石的分类与命名第二节古生物化石化石的形成过程:古生物死亡埋藏石化发掘二、化石的形成条件•1.生物本身的条件•2.生物死后的环境条件•3.埋藏条件•4.时间条件•5.成岩石化条件•6.化石记录的不完备性1.生物本身的条件•生物硬体矿化硬体矿化程度矿化组分比较稳定的是方解石、硅质化合物、磷酸钙等不太稳定的是霰石、含镁方解石有机质硬体如几丁质薄膜、角质层、木质物等•生物软体2.生物死后的环境条件即生物死后所处的外界环境条件。物理条件：如高能水动力条件下生物尸体易被破坏。化学条件：如水体pH值小于7.8时，CaCO3易于溶解；氧化环境中有机质易腐烂。生物条件：如食腐生物和细菌常破坏生物尸体。3.埋藏条件(1)与埋藏的沉积特性质有关圈闭较好的沉积物易于保存，如化学沉积物、生物成因的沉积物。3.埋藏条件(2)一些特殊的沉积物还能保存生物软体部分，如松脂、沥青湖、冰川冻土等。4.时间条件埋藏前的暴露时间及时埋藏有利于形成化石埋藏后不被再挖掘出来石化作用时间经过地质历史时间的成岩石化作用短暂、近期内的生物埋藏不成为化石5.成岩石化条件埋藏的尸体与周围的沉积物一起，在漫长的地史成岩过程中，逐步石化，形成岩石的一个部分。沉积物固结成岩过程中的压实作用和结晶作用都会影响化石的石化作用和化石的保存。石化作用(petrifaction)的定义定义：埋藏在沉积物中的生物体，在成岩作用中经过物理化学作用的改造而成为化石的过程。石化作用方式(1)生物硬体组织中的一些空隙，经过石化作用被一些矿物质沉淀充填，使得生物硬体变得致密和坚硬。充填作用可发生在生物硬体结构中，如贝壳的微孔、脊椎动物的骨髓；也可以发生在生物硬体结构之间，如有孔虫的房室、珊瑚的隔壁之间。矿质充填作用石化作用方式(2)置换作用在石化作用过程中，原来生物体组分被溶解，外来矿物质充填，如硅化、钙化、白云化、黄铁矿化等。如果溶解速度等于充填速度，原生物体的微细结构可以保存下来。如果溶解速度大于充填速度，则原来的微细结构难以再现。石化作用方式(2,3)2)置换作用——硅化作用：硅化木3)碳化作用——碳质薄膜：笔石石化作用方式(3)碳化作用石化作用过程中，生物遗体中不稳定的成分分解和升馏挥发，仅留下较稳定的碳质薄膜保存为化石。通常是几丁质的生