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第四章生物发展史 30亿年 4 4亿年 2亿年 20万年 40亿年 一 化石和地质年代的划分 一 化石 经过自然界的作用保存于地层中的古生物遗体 遗物和它们生活的遗迹 1 什么是化石 根据地层形成的规律 埋藏越深的化石 生物出现的年代越早 因此不同时代的化石为我们提供了一个生物进化过程的时间表 好像一部生物历史书 记载了生物界的系统发展概况 为生物进化提供了直接证据 从时间上看 必须是从全新世 1万年 之前的地层中挖掘出的才可称之为化石 2 化石的种类 1 按保存的特点 遗体化石 保存在岩层中的古生物遗体 如动物的骨骼化石 植物的茎秆等 化石常按保存的特点分为遗体化石 模铸化石 遗物化石和遗迹化石 模铸化石 生物体在底层或围岩中留下的各种印模和复铸物 印痕化石 生物体陷落在底层 留下了印迹 其遗体常常被破坏 但印迹保留了其特点 植物的根 茎 叶 花和果实以及动物的触须 附肢 羽毛和鳞片等的形状 印模化石 生物体的坚硬部分 最初完整地保存在围岩中 后来生物体被地下水溶解 留下的空洞四壁印上生物体的外形 为外模 保留壳瓣内部模样的印模 称 内模 如贝壳 遗物化石 古代动物的粪便 卵 蛋 植物的汁液及人类祖先使用过的石器 骨器和装饰品等 遗迹化石 古代动物活动时留下的痕迹 如恐龙的足迹 遗迹化石对了解古生物的体重 大小及行为 运动速度等有重要的科学价值 例如 根据脚步之间的跨度 就可以推算出该种动物的运动速度 根据脚印的深浅可推算它的体重 大化石 用眼睛或借助放大镜 微体化石 光镜 超微化石 25 m 电镜 2 按化石的大小 如有孔虫 放射虫 细胞 孢子及花粉等的化石 主要是指超微浮游生物 这类微生物形体极小 数量很多 分布也很广 不论在前寒武纪的古老岩层中还是最近的沉积岩层中均可找到 它对研究前寒武纪地层及不含大化石的地层很有价值 也可用于对古环境的探索 标准化石 种类分布广 生存时限短 仅保存在某一地质年代的化石 3 按化石的作用 纺锤虫 最初出现于石炭纪早期 至二叠纪末期绝灭 是详细划分石炭纪和二叠纪地层的标准化石之一 四射珊瑚开始出现于中奥陶世 绝灭于二叠纪 泥盆纪 石炭纪最为繁盛 指相化石 说明地层沉积环境的化石 标记物化石 化学化石 指古代生物大分子留下的降解产物 如贝类化石可指相为水 植烷为叶绿素的分解产物 植烷的出现 表明已有光合作用的发生 因此对标记物化石进行分离 鉴定 可确定生物的存在和属性 为研究生物进化提供直接证据了解古代生物的生活习性根据化石生物种类的组合情况可以恢复古环境对判断地层的形成年代也能提供直接证据可以为人类寻找矿藏提供必要依据 化石研究的意义 3 化石形成的条件和影响其形成的因素 1 生物死亡种群的大小 生物死亡种群越大 即生物的密度越大 形成化石的机会就越多 例如 鱼类是脊椎动物中数量和种类最多的一个类群 死亡种群的数量当然就大 所以 鱼类的化石就比其他脊椎动物的化石多 2 生物体组成部分的坚硬程度 生物体组成部分中比较坚硬的部分都容易形成化石 如骨骼 介壳 牙齿 角 树干 孢子及花粉等 生物体的软组织 如皮肤 肌肉 内脏器官及植物的果实 因易腐烂消失而不易形成化石 只有当生物死后其尸体被某种沉积作用迅速掩埋 才有可能保存为化石 生物尸体如果较长时间暴露空气中 很容易遭受氧化分解 如生物突然被泥石流掩埋 就有可能保存为化石 凡生物繁盛而地质沉积作用急剧进行的地区 一般化石就较多 3 生物尸体被掩埋的速度 4 掩埋的环境 生物的尸体被掩埋在一个致密的环境介质中则容易形成化石而保留下来 在疏松 多孔隙的环境里易遭氧化破坏 如我国著名的孔子鸟化石就是在火山灰形成的致密岩层中发现的 如果在其他环境里 鸟类细弱的骨骸则不易保存下来 化学作用是化学溶液对古生物硬体部分的作用过程 即碳酸钙 二氧化硅和黄铁矿等溶液 其中矿物质成分不断与生物体物质进行化学置换 生物体的有机成分逐渐被矿物成分所取代 如 硅化木 5 石化的程度和速度 石化过程包括物理作用和化学作用两个方面 物理作用指的是生物体的外形印烙在岩层上或是壳体 骨骸等空隙被泥砂或其他矿物质所填充使之变硬的过程 2 地质年代的测定 1 相对地质年龄的测定据标准化石 2 绝对地质年龄的测定 铀 钍 铅法 铀235半衰期是4 5亿年 钍232半衰期是13亿年钾 氩法 钾40的半衰期是13亿年铷 锶法 铷82的半衰期将近50亿年放射性碳法 c14的半衰期为5730年古地磁法 测定原生剩余磁性电子回旋共振法 地质年代的划分 地质年代地层称谓代界纪系世统期层 古生代泥盆纪法门期 新生代第三纪始新世 冥古代 46 38亿年前 太古代 38 25亿年前 元古代 25 5 7亿年前 古生代 寒武纪 5 7亿年前 奥陶纪 5亿年前 志留纪 4 4亿年前 泥盆纪 4 1亿年前 石炭纪 3 6亿年前 二叠纪 2 9亿年前 中生代 三叠纪 2 5亿年前 侏罗纪 2 1亿年前 白垩纪 1 5亿年前 新生代 第三纪 6600万年前 古新世 始新世 渐新世 中新世 上新世 第四纪 200万年前 更新世 全新世 地球地质年代的划分 冥古代 46 38亿年前 在冥古代初期 地球上尚无生命出现 生命元素 如c h o n等在强烈的宇宙射线 雷电轰击下首先形成简单有机分子 后发展为复杂有机分子 再形成准生命的多分子体系 进而进化成原始生命 地球形成最初的永久地壳 大气圈 海水开始形成 二 生物界系统发展概况 在38 37亿年前 地球上开始出现比较原始的藻类和细菌 到29亿年前 地球上出现了大量蓝绿藻形成叠层石 这表明这一时期地球上已经出现了游离氧以及行光合作用的原核生物 太古代 38 25亿年前 前寒武纪的地球 前寒武纪晚期所有的大陆互相碰撞 形成了超大陆 罗迪尼亚 同时地球的气候是属于一个大冰期的年代 古生代 寒武纪 全球洪水泛滥的年代 在寒武纪时 许多大陆都被浅海所淹没 超大陆刚瓦那 gondwana 则正在南极附近形成 古生代 寒武纪 5 7 5亿年前 寒武纪大量多细胞生物突然出现 这一爆发式的生物演化事件被称为 寒武纪生命大爆炸 带壳 具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣 最繁盛的是节肢动物三叶虫 故寒武纪又称为 三叶虫时代 其次是腕足动物 古杯动物 棘皮动物和腹足动物 植物中藻类繁盛 奥陶纪结束时 气候进入了地球上最寒冷的时期之一 在奥陶纪 冰室 世界的末期 冰雪覆盖了整个刚瓦那大陆的南半部 冰原厚度达到3km 世界各大洋出现冻结 导致生活在赤道附近暖水种的生物大量灭绝 奥陶纪 揭开冰河时期的序幕 奥陶纪 5 4 4亿年前 在奥陶纪晚期 约4 8亿年前 首次出现了脊椎动物淡水无颌鱼 淡水植物可能在奥陶纪也已经出现 志留纪 由珊瑚礁统治的时期 大气层中的氧气浓度继续升高 臭氧层逐步形成 地表所受辐射降低 由于剧烈的造山运动 地球表面出现了较大的变化 海洋面积减小 大陆面积扩大 植物则开始登陆 志留纪 4 4 4 1亿年前 植物登陆成功和有颌类的出现是发生在志留纪的最重要的生物演化事件 低等维管束植物开始出现并逐渐占领陆地 其中 裸蕨类是目前已知最早的陆生植物 志留纪中期 更先进的有颌鱼类开始出现 泥盆纪 鱼的世界 古生代早期的海洋在泥盆纪时期闭合 形成盘古 pangea 大陆的前身 森林首次出现在赤道地区的古加拿大 泥盆纪时期各种鱼类空前繁盛 有颌类甲胄鱼数量和种类增多 现代鱼类 硬骨鱼开始发展 泥盆纪晚期 两栖类登上陆地 总鳍鱼 肺鱼 鱼头螈 泥盆纪中晚期的陆地上还出现了最早的裸子植物 出现了许多植物构成的成片森林 泥盆纪 4 1 3 6亿年前 石炭纪植物空前繁荣 大型石松类植物形成沼泽森林 石炭纪两栖类兴盛 晚期 原始爬行类动物出现 蜥螈 出现蟑螂类和蜻蜓类昆虫 其中有些蜻蜓个体巨大 两翅张开大者可达70cm 石炭纪 3 6 2 9亿年前 二叠纪 大灭绝事件 在二叠纪时期 巨大的沙漠覆盖了盘古大陆 pangea 的西半部 爬行类分布整个超大陆的表面 二叠纪 2 9 2 5亿年前 二叠纪是古生代的最后一个时期 在二叠纪晚期 全球发生了地质历史中规模最大 影响最为深远的生物集群灭绝事件 陆生生物大约70 的科未能摆脱灭绝的命运 海洋中则至少有90 以上的物种在这一时期消失 这次灭绝事件对鱼类的影响相对较小 软骨鱼中鲨类继续发展 二叠纪时爬行动物继续发展 两栖动物已趋衰退 二叠纪晚期裸子植物出现了如松柏类和银杏类 由一片片组合而成的盘古大陆 pangea 它的形成是始于泥盆纪 一直持续到三叠世晚期 才导致了这块超大陆的成形 中生代 三叠纪 三叠纪是中生代的第一个纪 是古生代生物群消亡后现代生物群开始形成的过渡时期 三叠纪出现最早的恐龙 最早的哺乳动物 似哺乳爬行动物出现 但是 这批生不逢时哺乳动物一直生活在以恐龙为主的爬行动物阴影之下 直到1亿多年后的新生代才成为地球的主宰 中生代 三叠纪 2 5 2 1亿年前 侏罗纪 恐龙的年代 恐龙在侏罗纪时期 遍布整个盘古大陆 盘古大陆在侏罗纪中期开始分裂 晚侏罗纪 中央大西洋已经张裂成狭窄的海洋 把北美与东部分隔开来 侏罗纪 2 1 1 5亿年前 侏罗纪是恐龙的鼎盛时期 迅速成为地球的统治者 在侏罗纪的植物群落中 裸子植物中的苏铁类 松柏类和银杏类极其繁盛 鸟类的出现则代表了动物演化的又一个重要事件 1861年在德国晚侏罗纪地层中发现的 始祖鸟 化石 1 5亿年前 被公认为是最古老的鸟类代表 我国古生物学家在辽宁发现的 中华龙鸟 化石 1 35亿年前 得到了国际学术界的广泛关注 白垩纪 新的海洋开始形成 冈瓦那大陆不断地变得破碎 黄色标志的位置指出了恰克斯拉伯 chicxulub 撞击的地点 这个直径16km大小的彗星撞击结果 导致全球气候的变迁 杀死了恐龙以及其它许多形式的生命 白垩纪 1 5 0 66亿年前 白垩纪是恐龙由鼎盛走向完全灭绝的时期白垩纪恐龙种类达到极盛 其中最著名的霸王龙是陆地上出现过的最大的食肉动物 白垩纪早期 以裸子植物为主的植物群落仍然繁茂 被子植物的开始出现 白垩纪末 地球上的生物经历了又一次重大的灭绝事件 在地表居统治地位的爬行动物大量消失 恐龙完全灭绝 一半以上的植物和其他陆生动物也同时消失 究竟是什么原因导致恐龙和大批生物突然灭绝 这个问题始终是地质历史中的一个难解之谜 目前普遍被大家接受的观点是陨石撞击说 哺乳动物是这次灭绝事件的最大受益者 它们度过了这场危机 并迅速进化发展为地球上新的统治者 大约在五千万到五千五百万年前 印度 india 开始撞上亚洲大陆 asia 形成了西藏高原 tibetan 和西马拉雅山 himalayas 原本与南极大陆 antarctica 相连的澳洲陆地 australia 也在此时开始迅速向北漂移 新生代 印度开始撞击亚洲大陆 新生代 第三纪 6600 200万年前 古新世 6500万年前 被子植物多样化 在哺乳动物中出现早期的马 大象和熊类 始新世 5300万年前 草本植物出现并与豆科植物 菊科植物一起继续繁荣 古老动物群逐渐被现代动物群的祖先替代 在4千万年前 开始出现草食性动物和猴子 部分哺乳动物类群 鲸鱼 海豚 重返海洋生活 渐新世 3600万年前 最早的猿类出现 大型哺乳动物和鸟类在地球上广泛分布 出现古今陆上最大的哺乳类动物巨犀 大量陆地被草原覆盖 中新世 2300万年前 灵长类在中新世占有重要地位 如森林古猿分布较广 到中新世末 类人猿与大型猿类分开演化 类人猿辐射演化并达到演化的顶点 出现具有现生猿类和人类特征的类人猿 上新世 500万年前 晚期出现最早的人类 南方古猿 新生代晚期 新生代的晚期 地球开始变冷 冰原首次在南极洲形成 然后分布到北半球 于是过去五百年来 地球是进入了另一个大冰期的年代 第四纪 200万年前 第四纪是人类出现并迅速发展时代 人类的发展经历了以下主要阶段 南方古猿 能人 直立人 智人阶段 46亿年前 地球形成 38 37亿年前 原始生命出现 29亿年前 大气层中氧气开始出现 21亿年前 真核生物出现 9 7亿年前 多细胞生物 藻类 多细胞动物 6 4亿年 4 4 4 1亿年前 植物登陆 3 6亿年前 动物登陆 两栖类 肺鱼 鱼头螈 3 2 9亿年前 爬行动物 蜥螈 2 6 2 1亿年前 哺乳动物 兽孔类 兽齿类 1 5亿年前 鸟类出现 始祖鸟 1 35亿 中华龙鸟 1亿年前 被子植物出现 350万年前 人类出现 南方古猿 阿法南猿 lucy 一 生物的系统发育 1 藻类植物阶段从前寒武纪至泥盆纪4 05亿年前 地球上的植物以藻类为主 多细胞藻类大约出现于9 7亿年前 1 植物界的系统发展 单细胞蓝藻 3 苔藓植物阶段苔藓植物的苔纲首次出现在古生代的泥盆纪 4 3 9亿年前 苔藓植物在植物界的系统演化中处于从水生向陆生过渡的阶段 关于苔藓植物的起源有两种看法 一是认为起源于藻类 另一种观点认为苔藓植物由裸蕨退化而来 2 蕨类植物阶段裸蕨是最先登陆成功的植物 志留纪 4 4亿年前 藻类 4 裸子植物阶段泥盆纪中晚期出现了最早的裸子植物 3 6 3 9亿年前 具有异型孢子的古蕨属 买麻藤纲是裸子植物中最进化的类型 它最接近被子植物 在木质部 花 胚珠和繁殖器官等方面与被子植物的双子叶植物并行演化 并达到了高度发展 但尚无子房 所以还不是真正的被子植物 也不是被子植物的祖先 本纲主要有三个现生属 即麻黄 买麻藤和百岁兰 百岁兰 买麻藤 5 被子植物阶段被子植物是植物界中最高等的一个类群 表现了对陆生生活更强的适应能力 被子植物出现于白垩纪 1亿年前 拟苏铁植物 木兰目 1 动物界的系统发展 1 原生动物阶段原生动物都是由单细胞构成的 2 多细胞非脊索动物阶段多细胞动物的起源一般倾