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时间:2020-02-09百科知识
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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,应用比较解剖学的美女图片网址知识,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。

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。

古生物的分类系统

古生物的分类阶元与生物学相同,即界、门、纲、目、科、属、种,其间还有一些辅助单位如超科、超目、超纲、超门(生物学称总科、总目),亚种、亚属、亚科、亚目、亚纲、亚门等。古生物物种的概念与生物学物种相同,但由于化石不能判断是否存在生殖隔离,故更着重以下特征:

1.共同的形态特征。

2.构成一定的居群。

3.居群分布于一定地理范围。

根据以上特征判明的化石种,被认为是自然的生物分类单元,具有客观性。但是往往有些化石种仅根据生物体的某些部分(如植物叶片)的形态确定;或经详细研究发现在同一种名下记述了分属于不同分类单位的部分生物体;或同一分类单位具有几种形态(如性双形现象),但已被分别给予独立的种名。这些种叫做形态种,以区别于自然单元的种。属也有同样情况。另一不同点是,现代生物学分类中最低单位只有地理亚种,而古生物学分类中还有年代亚种,它是指同一种内,在不同时代分布上其形态特征不同的种群;年代亚种进一步发展,则成为年代种。

功能形态学

功能形态学是根据骨骼形态判断功能。其基本原理是:绝大部分形态是适应的结果,是有功能的,这些功能可根据形态通过科学论证方法推断出来。例如,头足纲的隔壁与外壳的交界线——缝合线,在演化过程中其褶皱越来越复杂。对其原因曾提出3种假说:

1.褶皱增加壳的强度,以抵抗迅速浮沉时造成的压力差。

2.褶皱部分为肌肉附着处,肌肉伸缩使动物体进退以改变全壳比重,调节升降。

3.外套膜褶皱增加分泌气体和液体的面积,调节升降,隔壁褶皱是外套膜褶皱的结果。根据3种假说分别推断应有的合理表现,并与缝合线的地史演变、个体发生相验证,证明后二假说不能成立,第一种比较合理,这就弄清了形态——缝合线褶皱的功能。功能形态学研究可以推广到古生态、古环境的推断,如近来有些人主张恐龙不是变温动物而是热血动物,就是根据功能形态学作出的判断。

建造形态学

建造形态学是德国古生物学家S.赛拉赫等人从功能形态学进一步发展而提出的。建造形态学认为生物骨骼的形成基于3个要素:

1.历史因素,即系统发生,通过繁殖决定生物体的基因型,也就是决定生物体及骨骼建造有哪些材料。

2.功能因素,即适应,通过对居群和物种的自然选择决定生物体及骨骼建造的方向。

3.形态发生的因素,即生长,通过生物化学过程决定生物体及骨骼生长的方式。例如现代马蹄的建造过程取决于:

1.适应于在草原上奔跑的需要,

2.其祖先是三趾的,

3.在个体的形态发生过程中,其他趾退化,而中趾发育成蹄。据此,可以反过来由骨骼的建造形态来推断系统发生、环境和形态发生过程。(www.anred.net.cn)

古病理学

古病理学是关于化石遗体中病理现象的科学。大多数限于脊椎动物中,已知的有:生长过速、牙齿畸形和龋齿、骨折及骨痂、骨疽、新关节增生、牙瘤、角弓反张、骨瘤、骨软化症、骨髓炎、骨膜炎、骨关节炎、骨骼及颌部肥厚、脊椎变形、骨结核等病理现象,主要见于恐龙和哺乳动物中。植物与无脊椎动物的病理现象亦有报道,例如软体动物中的寄生物病。

古生物地理学

古生物地理学研究古生物的地理分布。近年来发展迅速,被广泛应用于古地理和古环境的重建、板块运动历史以至矿产形成分布的探讨。目前主要研究内容是各时代的古生物地理区系,目前全世界显生宙各纪的区系已初具轮廓。区系一般分为大区或域(realm)、区(region)、分区或省(province),也有进一步分为亚省(subprovince)和地方中心(endemic center)的。区系的划分根据各家不一,一般大区和区的划分比较注重纬度、温度控制和地理阻隔控制,而较低的区系单位中,生物群落的不同往往起重大作用,因此和古生态学相重叠,瓦伦丁(1973)把古生物地理学美女图片网址视为洲际一级和全球一级的古生态学。

古生物地理学除了研究区系外,还应研究古生物的扩散、分布、迁移、隔离、混合等现象,这方面工作正不断深入。近年来与间断平衡论和分支系统学相结合,兴起了替代分化生物地理学,它认为生物的分布不是由起源中心向外扩散的过程,而是一个祖先类群由于地理隔离分支为两个姐妹类群的过程,分支点在系谱上代表祖先类群,在地理上代表阻隔。其分析方法与分支系统学一样,即寻找某两个地区之间的关系更近于与任何第三地区的关系,从而建立生物类群各分布地区间相互联系的密切程度(历史顺序)。

数理古生物学

数理方法现已被应用于古生物学各领域。目前应用较多的方面有:应用数理方法和电子计算机进行化石鉴定、描述和统计;应用数理方法如单变量、双变量分析及相应的座标图进行居群变异、居群动态的研究;数值分类法;定量古生态学等。

古生物化学

古生物化学研究与古生物活动有关的化学过程及其产物。这大致有两个美女图片网址方向:一个方向着重研究化石与沉积岩中的有机质,将它作为化学化石以探索地史中化学有机物演变规律。在最古老岩石中寻找和研究这种化学化石,对探索地球上生命起源有重要意义。另一方向是研究古生物骨骼的化学成分,特别是其矿物组成、痕迹化学成分及同位素成分。这些成果可用于研究:

1.海水水化学演变史。

2.海水古环境参数(盐度、温度)的测定。

3.碳酸盐岩等以化石作为主要成分的岩石化学及成岩作用。

4.化学旋回史。

5.以骨骼化学为基础的生物分类。

6.骨骼形成过程。

7.应用化学演变进行年代地层学研究。

8.富集于有机物中的稀有元素(铀、镍、钒、钴)矿产的形成分布规律等。

分子古生物学

分子古生物学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,从分子水平上探索古生物进化、遗传及化学成分等。对氨基酸外消旋作用的测定已应用于绝对年龄的测定。

生物矿物学

生物矿物学研究生物产生无机物晶体及不结晶的有机物、无机物物质以组成骨骼的过程与结果。一方面研究骨骼的矿物成分以及它们的形成机理,另一方面研究骨骼的微细构造(多角柱、交错薄片、珍珠层、均质层等)。其研究结果用于:

1.古生物的微细构造分类及其演化。

2.推断古海洋环境因素及其变迁史。

古生物化学、分子古生物学和生物矿物学的研究领域有局部重叠。

化石岩石学

主要是化石碳酸盐岩石学。近代研究说明碳酸盐岩的生成经常与生物作用有关,这包括造粒(骨骼颗粒、鲕粒、粪粒、核形石、凝块石等)、造泥(藻或无脊椎动物骨骼的分解产物是现代灰泥的主要来源)、造架(珊瑚、叠层石、海绵等形成岩石格架)等作用。碳酸盐岩的改造亦经常与生物化学作用有关,生物的碳酸钙骨骼所含成分(如镁)及结构(方解石、霰石等)在地史中有演变。它们通过溶解、交代、重美女图片网址结晶等对成岩作用发生影响。这是造成古代碳酸盐岩成岩作用与现代不同的一个重要原因。钙质化石现被视为重要的岩石成因标志,薄片中研究化石则成为确定古碳酸盐沉积环境最好的方法之一。

古仿生学

古仿生学探索模拟古代生物的生理结构优点,为现代工艺设计提供有益借鉴。例如根据栉龙类的重叠牙序列已设计出一种二重钻头;鸭嘴龙类交错排列的多排牙齿(达400~500颗)不断替换,可用于研磨、破碎装备的设计等。

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