古生物学的发展趋势及研究热点

古生物学的发展趋势及研究热点 古生物学（Palaeontology）是研究地质历史时期的生物界及 其发展的科学，旨在探索生命起源、发展及其与环境的协同演化， 确定地层的顺序、时代，了解地壳发展的历史，推断地史时期水陆 分布、气候变迁和沉积矿产形成与分布的规律。 研究范围包括各 地史时期地层中保存的生物遗体、遗迹及一切与生命活动有关的 地质记录。 具体研究内容分2个方面：①生物学方面，研究生物 体的形态、结构、构造、分类、个体发育和系统发生、生物演变对环 境的适应，乃至生物的生理和生物化学等；②地质学方面，研究 古生物的地质时间含义、古生物的兴衰与迁移、古生物地理、古生 物与能源和矿产资源等。 从古生物学发展历史看，目前主要朝着 2个方向发展：描述古生物学方向，主要研究古生物化石的形态 特征、分类位置及其时代分布和生态特征；理论古生物学方向，主 要研究古生物的起源、进化方式、进化速率和进化机制等。 中国是拥有地质历史时期最为完整的地层和古生物记录的 地区之一，沉积类型多样，化石资源丰富，具有独一无二的自然条 件优势。 中国是当今国际古生物学研究最关键和最具潜力的地 区，世界上许多重要古生物学的理论探究和全球重大地学问题的 解决，都有赖于中国古生物资料的发现和研究。 1） 元古代生物演化。 地球早期生命的研究在中国具有很好 的发展前景，中国华北地台具有跨越古太古代和早、中元古代连 续沉积岩层，在探讨真核生物的起源及其环境背景、真核生物的 早期辐射方面具有很好的潜力。中国扬子地台和新疆等地广泛发 育了新元古代至早寒武世末变质的沉积岩石并保存了丰富的化 石资源，一些特殊埋藏的化石生物群，如瓮安生物群、庙河生物 群、蓝田植物群和高家山动物群等，是地球上真核生物多细胞化 和早期适应辐射的见证。珍稀化石是人类认识地球上生物进化最 直观的证据，因此，应重视挖掘和研究生物进化关键环节的化石 类群，应用Micro-CT、TEM、软X-ray、GC-IRMS等物理学方法 进行化石分析，利用地球化学方法评估环境因素的影响，以深入 探索真核生物起源、多细胞生物的起源和辐射、早期生态系统的 演化、生物和环境的协调演化等。 2） 寒武纪大爆发。 在生命历史中，几乎所有动物基本门类在 寒武纪早期一个很短的时间内快速起源的生物演化事件被称之 为“寒武纪大爆发”。动物起源和寒武纪大爆发的过程和发生机制 被列为当今自然科学十大谜题之一。 从目前的国际研究态势看， 寒武纪大爆发研究涉及分子和基因、发育生物学、生物系统学、古 生物学、地球科学等学科，须多学科交叉，将生物演化作为地球系 统演化的一个子系统，开展全球性的综合研究；应依赖中国寒武 纪大爆发前后独特的地层和古生物的材料优势，继续加强这一时 期化石的系统发掘，采取新的技术和方法开展系统的化石分类和 系统学研究，揭示不同动物类群的祖先类型、起源时间、早期演化 的具体过程，并结合现代系统生物学、发育生物学开展关键演化 过程的理论模型研究；鉴于埃迪卡拉纪-寒武纪早期全球年代地 层标准缺失，建立可靠且精确的全球年代标准是寻找这一地质时 期环境和生命演化相互关系正确答案的当务之急；在高精度年代 地层框架下，通过系统的化石分类修订，开展各类化石的地层延 续时限的研究， 建立和完善寒武纪大爆发时期全球化石数据库， 论证寒武纪大爆发过程是否存在阶段性辐射和灭绝事件；开展动 物起源和早期演化的环境背景研究， 将寒武纪大爆发与前寒武 纪-寒武纪转换时期岩石圈运动、古地理变迁、气候变化、海水成 分演化及地球化学循环过程中的全球性异常事件等联系起来，探 讨这一时期大气、海洋、生物、岩石圈演化之间的相互作用过程。 3） 奥陶纪生物大辐射。在4.88亿~4.44亿年的奥陶纪期间， 海洋生物多样性发生了自地球生命形成以来的最大的一次爆发 式增加。奥陶纪生物大辐射对地球海洋生命系统的形成发展意义 重大，其研究是国际奥陶系研究的热点之一。 为全面准确地揭示 奥陶纪生物大辐射事件的实质及其来龙去脉，应重视全球奥陶纪 地层的详细发掘及深入研究， 统计分析生物多样性及其演变，全 面揭示生命过程的真实面貌；考察寒武纪末、奥陶纪初海洋生物 多样性及其演变，以研究寒武纪演化动物群与古生代演化动物群 的衔接；考察奥陶纪末大灭绝和志留纪初复苏与再次辐射，以探 索奥陶纪生物大辐射对古生代演化动物群起源与早期演化的意 义；应重视高分辨率地识别地球环境及其演变，并在统一的时间 框架内，将生物多样性的演变与环境的演变对应起来深层次探讨 生物与环境的协同演变。进一步研究中，需要更多地方性、区域性 的高分辨率的实例研究，也需要在4亿多年前的全球大背景下探 索总体演变规律；需要分门别类地揭示各自的演变过程，更需要 将多门类的信息进行综合，探讨可能存在的宏观规律；需要深入 研究生物本身的演变过程、系统发育规律，也需要利用多学科交 叉综合的方法揭示其与环境背景之间的联系。 4） 生物大灭绝与复苏。 生物大灭绝和复苏这一重大科学问 题，主要研究地质历史时期和当今地球生物圈所发生的急剧性生 物多样性变化事件，包括在相对较短的时间内，地球生物多样性 或某一种重要生物门类发生大规模灭绝，以及生物遭受大灭绝以 后又如何新生等。较之国外相关研究，中国在自然条件、精确的系 统古生物研究、高分辨率生物地层等方面具有一定优势，但在与 其他学科综合交叉的研究方面相对薄弱。未来几年应利用独特的 自然条件优势，围绕着生命起源与演化这一永恒主题，剖析关键 时期生物大灭绝的模式、规模、速度及其后的复苏与当时全球环 境变化的关系，重点在显生宙关键时期重要类群的起源、演化和 环境背景这一重要方向开展工作。应充分体现化石在决定地层时 代中的作用，加强真正反映中国化石记录的数据库建设；在重视 海洋生态系统和海相剖面研究的同时，加强陆地生态系统的崩溃 与重建研究；重视对新元古代末、泥盆纪晚期、二叠纪前乐平世等 不同关键时段生物灭绝事件的对比研究， 加强大灭绝后的复苏、 生物稳定期与波动期的转变及其机制、 与海平面大规模升降、联 合古大陆的形成和分解、冰期-间冰期的转换、大气和海洋物化 性质改变时的响应机制的协同演化等研究。 5） 古生态学、古气候学、古生物地理学（简称“三古”）。 “三 古”研究的对象是地质历史时期石化的生物遗体、遗迹及其沉积围 岩，从中提炼出有关古代生物生存环境及其演化过程的信息，从而 解释古代生物的生活方式、生存条件及生境系统变化，阐明古代生 学术聚焦（Focus） 120科技导报2010，28（16） 物与生境的关系、环境对生物的影响等，恢复地质时期的生态系统。 “三古”总体的发展方向是高分辨率、定量化，从传统的古生物分支 学科向地球生态系统科学发展，强调与沉积学、大地构造学、地球生 物学、地球化学、同位素年代学等学科的交叉与合作。未来应充分发 挥中国的地层古生物资源优势，积极推动各门类生物多样性数据库 和地层数据库的建设，推广古生态学、古地理学、古气候学的综合定 量化研究，加强地球系统科学新技术、新理论、新方法的应用，以对 古环境、古生态的演化提出新的理论和认识。 6） 生物地层学与年代地层系统。 生物地层学是运用生物进 化的不可逆性和阶段性来研究地层