古生物地史学的基本概念

1、古生物地史学的基本概念731第1页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二732一、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第2页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二733 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1、 化石与一般岩石的区别第3页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7342、 化石举例:例1 (菊石)第4页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，

2、星期二735例2 (植物化石)第5页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二736例3第6页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二737例4第7页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二738例5第8页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二739例6第9页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7310例7 (怪诞虫)第10页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7311 怪诞虫复原图第11页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7312例8 (中华微纲虫)第1

3、2页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7313 中华微纲虫复原图第13页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7314例9 (爪纲虫)第14页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7315 爪纲虫复原图第15页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7316例10 (澄江动物群复原图)第16页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7317假化石1 pseudofossil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（pseudofossil），如姜结石、龟背石、泥石、卵形

4、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。下面的菊花石及松枝石均为假化石第17页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7318假化石2 pseudofossil但亦有人为造成的假化石，最突出的例子是“辟尔当人”（Piltdown man）事件，1913年，报导英国辟尔当发现人类头骨化石，定名为曙人（Eoanthropus dawsoni），对“曙人”在人类演化中系统发生的位置及其本身的可靠性曾引起激烈的讨论。直到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，是人为构成

5、的假化石第18页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7319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Molecular fossil 3 、化石类型 (体积大小分类)第19页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7320二、化石的形成条件 1 、 化石的形成过程:古生物死亡埋藏石化发掘第20页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7321

6、2 、 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) 成岩石化条件第21页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73221) 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、木质物等第22页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7323生物软体第23页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73242) 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

7、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第24页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73253) 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、生物成因的沉积物第25页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73263) 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、冰川冻土等第26页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73273) 埋藏条件 (3)与埋藏的沉积特性质有关圈闭较好的

8、沉积物易于保存，如化学沉积物、生物成因的沉积物一些特殊的沉积物还能保存生物软体部分，如松脂、冰川冻土等具孔隙的沉积物中的古生物尸体易被破坏基底上的内栖生物，以及一些表栖生物也能破坏沉积物内的生物遗体第27页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73284) 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第28页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73295) 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

9、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第29页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7330 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 为化石的过程第30页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7331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第31页，共10

10、7页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7332 石化作用方式(2)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置换作用第32页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7333 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：笔石第33页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7334 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

11、稳定的碳质薄膜保存为化石 通常是几丁质的生物体发生此石化作用，其几丁质成分(C15H26N2O10)为主的植物叶化石、笔石枝等经碳化作用，H,N,O挥发，留下碳质薄膜化石第34页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7335化石记录的不完备性 现今我们能够在地层中观察到的化石仅是各地史时期生存过的生物群中极小的一部分 现生生物：已记录170多万种，估计有500-1000多万种 古生物：已记录13万多种，大量未知第35页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7336化石记录的不完备性（续）现代生物的多样性已知现生生物有170万多种每年还要新发现1万多种估计

12、现存生物有500-1000万种第36页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7337化石记录的不完备性（续）现代生物的数量第37页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7338化石记录的不完备性（续） 现代生物的数量-微生物、细菌、真菌 估计有50多万种，已报道的仅有10万种。它们布满了整个生物圈，在一个人的肠道内的细菌就有100种左右，达100亿个以上；每一克土壤中就有几千万到几百亿个微生物，甚至每一撮土壤中都有新种第38页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7339化石记录的不完备性（续）现代生物的大小动物界中的巨人动物中的巨人

13、是海生哺乳动物鲸类，以蓝鲸最大：有记录以来捕到一条蓝鲸，长34.6m，重170t（=30头非洲象）第39页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7340化石记录的不完备性（续）现代生物的大小：最小的动物是单细胞原生动物古代生物数量：已记录13万多种，大量未知第40页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7341化石记录的不完备性（续）古代生物数量以脊椎动物中陆栖类型了解较全面：哺乳动物中新发现的种很少鸟类中每年亦只有2-3个新种鱼类是脊椎动物中了解最差的，估计还有1/3的种没有识别出来第41页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73

14、42化石记录的不完备性（续） 古代生物数量：无脊椎动物的了解就更差在已报道的物种中，昆虫就占了一半以上，约75万种第42页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7343化石记录的不完备性（续）第43页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7344化石记录的不完备性（续）古生物化石第44页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7345化石记录的不完备性（续）古生物化石第45页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7346化石记录的不完备性（续） 第46页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二734

15、7化石记录的不完备性（总结）1、古生物化石仅是现代生物编目的8.7（化石形成条件的严格，地史时期的生物只有极少部分保存成为化石）2、现已发现的化石仅是岩层中保存成化石的一部分(包含超微化石、分子化石等） 由于上述二个因素、表明古生物记录的不完备性。化石记录不完备是古生物学中的基本事实，所以在研究古生物界的面貌及其发展规律时，必需考虑这个事实，避免做出片面结论。第47页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7348三、化石的保存类型 实体化石 模铸化石 遗迹化石 化学化石根据化石的保存特点，化石可分为4类：第48页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73

16、491、实体化石body fossil 定义:全部生物遗体或部分生物遗体的化石第49页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7350实体化石(1)全部生物遗体的实体化石第50页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7351实体化石(2)部分生物遗体的实体化石第51页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7352实体化石(3)部分生物遗体的实体化石第52页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73532、模铸化石mode and cast fossil定义: 保存在岩层中生物体的印模和铸型（复铸物）第53页，共107

17、页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7354 模铸化石的分类印痕化石印模化石核化石铸型化石根据化石与围岩的关系分成4类：第54页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73551）印痕化石impression fossil 生物软体在围岩上留下的印痕第55页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7356印痕化石 (1)云南澄江下寒武统的印痕化石软体复原图第56页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7357印痕化石 (2)怪诞虫第57页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7358印痕化石 (3)中华微纲

18、虫第58页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73592）印模化石 mold fossil生物硬体在围岩表面上的印模包括：外模、内模、复合模第59页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7360印模化石 (1)外模external mold生物硬体外表面在围岩上的印模第60页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7361印模化石 (2)内模internal mold生物硬体内表面在围岩上的印模第61页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7362印模化石 (3)复合模composite mold内模和外模重叠在一

19、起的化石第62页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7363印模化石 (4)注意印模化石上所反映的纹饰和构造与生物体实际情况，正好凸凹方向相反。第63页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73643）核化石core fossil 生物硬体所包围的内部空间或生物硬体溶解后形成的空间，被沉积物充填固结形成的化石内核internal core 外核external core第64页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7365核化石的形成过程第65页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73664）铸型化石cast

20、fossil在形成外模和内核后，原壳体被全部溶解，沉积物在溶解后的空间再次充填形成的化石第66页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7367铸型化石的形成过程第67页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7368铸型化石的特点: 铸型化石在大小、形态和表面装饰等方面与原生物体一致，但内部构造完全不同。第68页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73693、遗迹化石ichnofossil 保存在岩层中古代生物活动留下的痕迹和遗物第69页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7370遗迹化石的分类:（a）足迹（b）

21、行迹（c-d）拖迹（e）爬行迹（f-h）停息迹（I-j）潜穴第70页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7371遗物化石实例（a）南雄白垩纪恐 龙蛋化石（b）华北第四纪黄土 中的鸵鸟蛋化石（c）鱼粪化石（d）粪粒化石（e）牡蛎上的珍珠化 石（f）猿人使用的石器（g）山顶洞人的装饰 品第71页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7372遗迹化石的意义遗迹化石对于研究生物的生活习性、生活方式及生活环境具有重要意义第72页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73734、化学化石 chemical fossil分子化石 molecula

22、r fossil 分解后的古生物有机组分（如脂肪酸、氨基酸等）残留在地层中形成的化石第73页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7374 化学化石的形成-获取-意义 古生物有机质软体虽在石化作用过程中遭受破坏，未能形成化石，但分解后的有机组分，如脂肪酸、氨基酸等，仍可残留在岩层中 这些残留物质仍具有一定的有机化学分子结构，利用一些现代化的手段和分析设备，可以从岩层中将其鉴别和分离出来。 分子古生物学molecular paleontology 古生物化学paleobiochemistry 生物成矿作用biometallogenesis 对探索生命起源、生物演化及生物成因的

23、矿产探寻和开发具有重要意义。第74页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73755、化石的保存类型小结实体化石硬体软体模铸化石印痕化石印模化石内模外模复合模核化石内核外核铸型化石遗迹化石遗物痕迹化学化石分子化石第75页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7376四）、化石的研究方法1、化石标本和样品的野外采集2、化石标本的揭露和分离3、化石的鉴定和记叙4、化石的照相、制图和复原5、化石资料的分析与应用第76页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73771、化石标本和样品的野外采集1）研究目的 2）采集方法古生物学地层学古生态学及

24、环境其它大化石微化石第77页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7378野外采集工具化石标本和样品的第78页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7379化石标本和样品的野外采集方法和技术示意图第79页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73802、化石标本的揭露和分离大化石：修理、制片微化石：制片、溶剂处理第80页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7381微化石分离的一般过程：碎样溶离挑样第81页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73825、化石资料的分析与应用生物学：生命起源、生

25、物演化、系统发生环境分析：古生态、古气候、古海洋、古地 理地质年代：生物地层学矿产：生物成矿作用其它：古生物钟第82页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7383五）、化石的分类与命名1、生物分类学biological classification 根据一定的原则将生物归并成不同的类群，并作不同等级的系统排 -数值分类方法 -分支系统学方法 -自然分类方法第83页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73841 、化石的分类方法之一：数值分类方法 对分类群之间的亲缘关系和相似性作数值上的评价和归类，并根据生物表面性状（表征Phenotype）的相似性，

26、把分类单位归并为不同等级的分类群 性状和特征转换成数字形式数值化该分类方法中，每个性状同等看待，不加权，不考虑性状的起源、分异和进化等。根据相似率的高低，划分出不同级别（树枝图）第84页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73851 、化石的分类方法之二：分支系统学方法采用二分支的方法将所有生物联结起来该方法认为，进化过程的本质是物种分裂，即由祖系物种(stem species)一分为二产生姊妹群(sister group)第85页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73861 、化石的分类方法之三：自然分类方法按照生物间的亲缘关系进行归类 这是经典

27、的系统学研究方法，它是以达尔文进化论以及生殖隔离化为标志的现代物种概念为立论基础的 区分分类群的主要方法是总体性状的相似程度、共同始祖的密切程度、以及对特定环境的适应性性状第86页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73872、生物分类单位物种species是生物学中最基本的分类单位界kingdom门phylum纲class目order科family属genus种species辅助分类单位：亚sub-，超super-第87页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7388（1）生物学上的物种species 生物学中最基本的分类单元，它不是人为的分类单位

28、生物进化中的客观实体第88页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7389（1）现代生物学上的物种species的概念与特点共同的起源 共同的形态特征共同的地理区 共同的生态环境种间能育 现代生物学上的物种：由杂交可繁殖后代的一系列自然居群组成，物种之间是生殖隔离的。它们具有：第89页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7390（1）古生物学中的物种鉴别标志： 共同的形态特征构成一定的居群具有一定的生态特征分布于一定的地理范围第90页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7391（2）亚种subspecies地理亚种不同居群因地理隔

29、离，在性状上出现分异年代亚种同一种内在不同地质时代产生性状上的变异第91页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7392（3 ）属由若干个形态构造和生理特征相似的同源物种构成（同源种的组合）第92页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73933、古生物的命名法则 所有经过研究的生物，都要给予科学的名称录 （1）命名法则学名scientific name根据国际动物和植物命名法规和有关规定，为某一类生物（含古生物）建立的科学名称 各级分类单元均采用拉丁文和拉丁化文字表示第93页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7394（1）命名法

30、则1）单名法： 用一个词来表示生物分类单元的学名Anthozoa（珊瑚纲）Claraia（克氏蛤） 用于属以上分类单元的命名 其中第一个字母用大写 属名用斜体拉丁文或拉丁化文字第94页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73952）双名法（二名法）： 用于种的命名，用二个词表示Claraia aurita（带耳克氏蛤）即在种本名之前加上它所归属的属名，以构成一个完整的种名 种名用斜体拉丁文或拉丁化文字 种名字母全部用小写第95页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73963）三名法： 用于亚种的命名，由三个词组成Claraia aurita mino

31、r（带耳克氏蛤微小亚种）即在属名和种名之后再加上亚种名 亚种名用斜体拉丁文或拉丁化文字 亚种名字母全部用小写第96页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7397化石的名称（例1）界 Animalia动物界 门 Chordata脊索动物门 亚门 Vertebrata脊椎动物亚门 纲 Mammalia哺乳纲 目 Primates灵长目 科 Hominidae人科 属Homo人 种 Homo sapiens 智人第97页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7398化石的名称（例2）Felis tigris（虎）的3个地理亚种：Felis tigris al

32、taica东北虎Felis tigris amoyensis华南虎Felis tigris sumatrae南亚虎第98页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二7399化石名称的书写形式 为了便于查阅，各级正式学名之后要写上命名者的姓氏和公元年号学名+姓氏，年号Squamularia grandis Chao, 1929第99页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二731003、古生物的命名法则（2）优先律： 生物的有效学名是符合国际动物或植物命名法规所规定的最早正式刊出的名称同物异名：Cyrtospirifer Nalivkin, 1918 Sinospirifer Grabau,1931 Centrospirifer Tien,1938异物同名:按同样规则第100页，共107页，2022年，5月20日，19点32分，星期二73101 化石常用的几种缩写词和符号：sp. species未定种 ，表示标本鉴定后难于归入已知种中， 而又无条件建立新种。 如 Eumorphotis sp.sp. indet. species indeterminate不定种 ，表示化石保存欠佳，无法鉴定到种。 如 Redlichia sp indet.