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1、第三讲 生物进化的直接记录（古生物进化）,第一节 古生物和化石,一、古生物古代的生物“古代”：最早出现生命人类文字记载的数千年历史时期以前,现今生物种类有100200万种（描述完后估 计450万种）植物 50多万种 动物 100多万种 微生物 10多万种,化石记录的不完全性,自显生宙以來，約有10亿种生物出現过，但成为化石被人类发現、記录的13万种，几率約0.13。,二、化石,（一）化石（fossil）及其类型 保存在地层中的古生物遗体、遗迹和生命有机成分的残余物或遗物。要点：生物特征 古代的通常分3类：实体化石 遗迹化石 化学化石,岩石分岩浆岩、沉积岩、变质岩；沉积岩保存化石,保存特征：未变
2、保存 变化保存 模铸保存,（1）未变保存：一些化石大体呈原状保存,条件：无细菌、食腐动物 水体宁静 无氧化作用环境类型：I.密封 如：树脂化石.完整的几丁质骨骼 矿质晶体中细菌、蛋白质等.5亿年前可复活细菌 II.冷冻 如：皮肉完整的猛犸、犀牛 III.干燥 如：沙漠中恐龙木乃伊 另外，泥炭、沥青防腐:如拉布雷亚沥青坑中的哺乳动物；一些硬体：如牙齿、骨骼,化石化作用：从遗体埋葬开始，经一系列变化成为化石。,（2）变化保存：大多数化石,硬、软体埋葬/浸埋,原物质溶解,新物质填充,化石,II.置换（交代作用）,若 溶解速度=填充速度,则 保持细微构造,如 硅化木,如 菊石/海绵骨针,过矿化&交代,
3、石化作用,遗体成分（H,O,N等）挥发,炭质薄膜,III.炭化,易炭化生物,含碳水化合物植物,含几丁质骨骼动物,（C6H10O5）,（C32H54N2H21）,遗体,（3）模铸保存,底质,周围沉积物,填充物,印迹,复铸物,遗物,生物制品,类型,印痕,外模、内模,铸型、复型,遗体消失、印迹留存,围岩、填充物上的印痕,遗体置换、“浇铸”,生物层序律：地质年代划分依据古生物化石 层位越低，化石越古老、越简单 层位越高，化石越进化、越复杂,*未经过构造运动改造-水平岩层-下老上新*因构造运动而倾斜但未倒转-倾斜面以上的岩层新，倾斜面以下的岩层老*构造运动使岩层层序颠倒-地层倒转-下新上老,地层层序律确
4、定地层相对年代的基本方法。,这时要仔细研究沉积岩的泥裂、波痕、递变层理、交错层等原生构造来判别岩层的顶、底。,（充填交替,炭化）,覆盖掩埋,物化作用,石化作用,典型化石,典型化石形成过程,过程：,化石形成的条件,1.生物体本身：具硬体（hard part）无脊椎动物壳体 文石/方解石 有机物基质,低等生物，如放线虫硅质蛋白石，几丁质（chitin），硬蛋白质脊椎动物硬骨（bone）:Ca3(PO4)2,骨胶原（collagen）牙齿：磷酸盐、碳酸盐及其形成的珐琅质（+F,chitin）植物纤维素、木质素（lignin，复杂芳香类）,2.生物大量死亡,3.生物体迅速掩埋,生物繁盛+地质沉积加剧较
5、多化石,掩盖物质粒度细小（淤泥、细沙）（沉积作用宁静）+没 有氧化破坏精细化石,德国巴伐利亚：侏罗纪索伦霍芬石灰岩中国云南：早寒武世澄江动物群加拿大：中寒武世布尔吉斯页岩,“化石形成的条件”续,中国山东：临朐第三纪硅藻土西伯利亚：第四纪冻 土层,原地埋葬：如石炭纪大量带根的鳞木,埋葬类型,异地埋葬：水流、风等搬运作用,有破碎，不同环境者混杂，常定向排列,“埋葬类型”续：,頁岩和石灰岩的顆粒最細致，形成良好化石的机会最高。,4.快速石化,物理作用：外型印烙 泥沙侵蚀 矿质充填化学作用：CaCO3溶液 SiO2溶液 黄铁矿溶液.,作用与置换,原样保持，内含物取代,“化石形成的条件”续,硅化木（木化
6、石）的形成：,裸子植物次生木质部,水溶液溶解作用,置换作用（交代作用,方解石（CaCO3）石英（SiO2）黄铁矿（Fe2O3）,可保留细微结构,（三）化石种类,1.实体化石(遗体化石)最常见 典型化石：合川马门溪龙 3m高 22m长,始祖鸟,长23米，重40吨，台头达3层楼高,化石价值举例（1）恐龙被确定为爬行动物,有鳞片而无毛/羽毛同型齿卵生,异于鸟、哺乳类,化石价值举例（3）恐龙体重的计算（美：科尔伯特复原模型法）原理：W=V W：体重：相对密度 V：体积 方法：,2.遗迹、遗物化石,足迹（track）移迹（爬迹，trail）栖迹（boring）（硬底质钻得）潜迹（burrow,粪团（co
7、prolite）蛋（卵）珍珠（双壳纲分泌）代谢、生殖产物古人类石器,“（三）化石种类”续：,）（软底质掘得）,粪便化石？,足跡化石,遗迹、遗物化石2,1991年，中国农民在挖地基时，发现了一个辐射状恐龙蛋化石窝。,1993年，海关截获3000枚恐龙蛋化石,蕴藏的孵化了的胚胎,出生前萎缩沉睡状的胚胎,12厘米长蛋壳中破出的蜥恐龙标本,有鹦鹉般的喙,发现于蒙古，可长到1.2米,恐龙胚胎标本制作（英国古生物学家和化石商特里曼宁）,大约1年时间,1.钻孔,2.研究蛋壳结构确定有无 胚胎,3.醋酸缓慢溶解（1/800 厘米/天）,4.骨骼露出后浸制 标本,化石价值举例（4）,3.模铸化石,生物在底质上、
8、沉积物、填充物中的印迹,遗体、遗物、生物制品复铸物,（1）印痕（impression）叶 触须等.遗体已消失,模铸保存者：实体化石的围岩、充填物；遗迹化石等,“（三）化石种类”续：,三叶虫铸型化石,按照大小分，化石可以分为,此外还有化学（分子）化石有机物分子,按化石的作用：,标准化石：存续时间短，可作地质年代标志。如：三叶虫古生代；菊石、恐龙中生代；哺乳动物新生代 又如：星芦木化石，只在石炭纪地层，是石炭纪的标准化石,指相化石：特定环境中的生物遺体、遺迹，可指示生活环境。例：陸相化石（如马）、海相化石（如贝类）标记物化石：古生物大分子降解产物。如叶绿素分解物植烷。,标准化石的条件：1.特征明显
9、；2.个体要多；3.分布要广；4.演化速度要快；5.生存期限要短。,（四）特殊化石：1.琥珀中的昆虫,在抚顺第三纪煤层，有许多琥珀（珍贵的装饰品）；年代：4000万年以前,（实体化石）,2.冻土中的猛犸象,1977年挖出猛犸蒂玛,（实体化石）,西伯利亚北极圈。10多万年前，成群结队地生活在欧、亚、北美寒冷的冰冻环境。黑龙江也有大量发现。,发现猛犸的西伯利亚冻土层,猛犸,*古生物化学,*起初，人们在磨象牙化石时，发现有烧毛气味；*20世纪50：EM观察，发现骨骼、牙齿中的胶原纤维（有横纹）；海生动物、昆虫的细胞结构；*侏罗纪化石的肌肉纤维；*现代分子化学分析：化石中残存蛋白质、游离氨基酸、脂肪酸
10、、多糖,化石可以保留真正的生物遗体或其原始组成成分，并非只是石化的矿物质。,古生物化学,遍及全球的长鼻目,冰河期,仅剩亚洲象、非洲象,大象的进化,解放前的东直门地区,新生代第四纪（距今1.5Ma至今）：冰川广布，黄土形成，气温降低,大象进化的总趋势,1.体躯增大、牙齿变长增大提高保卫能力；2.鼻子变长用来取食，以弥补短颈的不便；3.耳朵增大提高听觉灵敏度，以弥补森林中的视觉局限。,第三纪渐新世中新世,第三纪中新世末,第三纪上新世末,第四纪更新世全新世,俄、日等国合作，欲建猛犸公园希望找到雄的，用冷冻精子,恢复物种,方案一,方案二,冷冻精子为何冻而不死？,DNA-蛋白质结构：异常坚固DNA占90
11、%，高度浓缩、脱水其他细胞DNA只占5%，易受伤害精子反复冻融20次安然无恙,人工受精无须精子活跃运动 日本已经用死亡的公牛精子，反复冻融，注入活跃的卵子繁育出小牛。,雄猛犸，取X精子,雌大象，受精卵植入子宫,猛犸复制过程,设想：,反复，纯猛犸,猛犸的妊娠期：660d幼象性成熟：10多年,复制88%基因：30yr,利用幼象卵母细胞体外培养、受精,复制88%基因：4-5yr,第二节 地层和地质年代,1.地层：地层是成层的岩石 是地球史册的“书页”沉积的地层中保存的化石，犹如书中的“文字”,在一些山崖和河流陡壁，常可看到岩石一层层重叠着。这些成层的岩石，就是地层。,沉积物是如何來的：,(1)碎屑沉
12、积物:岩石经风化、侵蚀、搬运和沉积等地质作用堆积形成。(2)化學沉积物:地表盐类经溶解,水流搬运。当流速慢或停滯后，沉积而結晶。(3)生物沉积物:生物遺骸堆积后形成。,砾岩颗粒2mm，,碎屑沉积岩：,砂岩颗粒：1/16-2mm,粉砂岩 颗粒：1/256-1/16mm,页岩颗粒：1/256 mm,黏土,生物沉积岩如 石灰岩,蒸发岩或化学沉积岩如 盐岩,(1)压密作用:排除空气和水，作用於碎屑沉积物。(2)胶結作用:胶結物（铁质、鈣质、硅质）作用于碎屑沉积物。(3)再結晶作用:作用于非碎屑沉积物。,成岩作用归纳：,特定地层.特有化石 同一地层.相同化石,2.地层划分原理,根据化石类型，可知地层次序
13、,“第二节 地层和地质年代”续,判断地层先后次序的方法有哪些?(1)原始水平定律沉积物沉积时,都呈水平层状(2)叠置定律（一般地层层序律）下老上新(地层倒转除外)(3)切割（截切）定律侵入者时代新，被侵入者时代老包裹者新，被包裹者老(4)包裹体定律包裹者新，被包裹者老。（如砾岩中砾石的形成年代比砾岩老。）（5）化石連续定律化石对比（依照化石年代，排定順序）,最初的沉积层为水平的,沉积层发生倾斜,倾斜地层再接受沉积,倾斜地层受到侵蚀,节理,岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显的位移,台湾某地的某山区露出的岩层,植被、风化、侵蚀会造成层面分辨不清。,地质事件編排范例,右图的地质事件发生的順序为何呢？,
14、砾石水平沉积，固結后，形成砾岩,砾岩层被侵蝕，形成侵蝕面。,“地质事件編排范例”续：,在侵蝕面上，接着沉积沙层且经固結形成砂岩。,岩漿順着垂直裂隙侵入，且上升至地表成熔岩流，后來形成岩脉及熔岩层。,“地质事件編排范例”续：,逆断层发生，將岩脉切成二段。右側相对于左側，有上升运动之移位，形成右側較高的地层,继续侵蝕作用將左右兩側之高度差減少到較平緩之程度，且將熔岩层一扫而空，而成今日所見的样子。,“地质事件編排范例”续：,地質事件編排練習,現今之侵蝕面,B-C间侵蝕面,A-B间侵蝕面,“地質事件編排練習”续,現今之侵蝕面,B-C间侵蝕面,A-B间侵蝕面,頁岩和砾岩何者先形成？火成岩脉侵入的年代是
15、在頁岩形成之前或之后？火成岩脉侵入的年代在断层之前、之后或无法判断？,“地質事件編排練習”续,“地質事件編排練習”续,頁岩和砾岩何者先形成？頁岩火成岩脉侵入的的年代是在頁岩形成之前或之后？之后火成岩脉侵入的年代在断层之前、之后或无法判断？无法判断,3.化石用于恢复古地理环境(1)喜马拉雅:鱼龙 1960,中国登山队在喜马拉雅山的希夏巴马峰地区4800 m 发现鱼龙化石（喜马拉雅鱼龙，Himalayesaurustibetensis），长10m，凶猛善游，年代160 Ma。喜马拉雅曾是海。,“第二节 地层和地质年代”续,喜马拉雅鱼龙特征：*两侧眼睛很大（视力好）；*身体纺锤形，似海豚：*皮肤裸露
16、，狭长的嘴里具600多个牙齿；*四肢变成鱼鳍，背上有一个肉质的背鳍，尾部有一个象鲨鱼那样不对称的歪形尾鳍；*以浅海鱼类和蚌类为食，胃里有用来磨碎食物的胃石。,鱼龙高度适应海洋生活，分布广泛,(2)喜马拉雅:高山栎化石,希夏巴马峰地区海拔5900m石缝中，发现高山栎的树叶化石（目前树木化石分布的最高记录）。时间：150Ma。与生存的高山栎（南坡海拔27002900m）相差有3000m。原因：离现在40Ma到70Ma前，海水退去，出现了陆地。后来，陆地不断上升，形成了今天的喜马拉雅山。1.5My升高了约3000m。,高山栎化石的意外发现，引起了我国科学家对“青藏高原隆起时间、幅度和阶段”课题的探讨
17、，为全球气候的变化提供了有力的科学依据。,“3.化石用于恢复古地理环境”续,(3)台湾：四不象等 在中国台湾，发现四不象、犀牛、大角鹿等大陆动物群；台湾海峡，发现大象化石；海岛上还发现早期智人头骨化石（与2-3万年前的山顶洞人、河套人同一时期）。原本无台湾海峡。,在福建崇武海岸眺望台湾海峡,“3.化石用于恢复古地理环境”续,四不象（麋鹿）:,“3.化石用于恢复古地理环境”续,(4)南极：类似非洲动物群,南极200Ma地层，发现与非洲完全一样的庞大陆生动物群化石；这些不可能漂荡过海的动物说明：,南极-非洲曾联结一起。,两亿年前，全世界所有的大陆都连在一起，称为联合古陆。随后联合古陆分裂为两块，北
18、方一块叫拉欧亚古陆，它后来进一步分裂为欧亚大陆和北美大陆；南方一块叫冈瓦纳古陆，它后来进一步分裂为非洲大陆、南美大陆、南极大陆、澳大利亚大陆、印度半岛、阿拉伯半岛、马达加斯加岛共七块；而非洲大陆现在还在继续分裂，东非大裂谷就是分裂边界，东非大裂谷有一条分岔，因此未来东非大陆会一分为三。,南极-非洲曾联结一起,大陆漂移,(5)中国东北、内蒙：造礁珊瑚化石,“3.化石用于恢复古地理环境”续,造礁珊瑚一般生活于温暖海水，最佳环境是清澈、亮度适宜、盐度正常的浅海；赤道和我国南海均有大量珊瑚礁。几亿年前地理、气候与现在差异很大；,华南板块在泥盆纪位于古赤道附近。早中泥盆世之交，广西那艺古纬度为 036；
19、泥盆纪石炭纪之交，贵州睦化地区古纬度为41010；赤道附近温湿的气候使华南板块上无脊椎动物、脊椎动物、植物高度繁盛，有很高分异度。泥盆纪时期，华南板块向北缓慢移动，移动速率为0.22 0.26cm/a。其原因可能与特提斯洋（中央地中海，冈瓦纳古陆北部和欧亚古陆南部）的活动有关。,古赤道位置,特提斯洋：希腊神话中的“美发女神”,(6）中国东北、华北：鸵鸟/鸵鸟蛋化石,“3.化石用于恢复古地理环境”续,东北数10万年前的黄土中，发现了鸵鸟/鸵鸟蛋化石。鸵鸟的生活环境：热带沙漠。东北、华北在数10万年前气候炎热、干燥。,为什么古生物能用于古地理、环境判断,A 一定生物适应一定环境B 环境剧变 生物变
20、异C 不能适应 遭到淘汰,“3.化石用于恢复古地理环境”续,4.化石用于指导找矿,“第二节 地层和地质年代”续,南方一煤矿，曾以为开采到底层，储量不大；由于一块筳（tng）化石，导致丰富煤层的勘探,筳发现时，已经开采的还在顶层。又如：礁灰岩是石油勘测指示；对烃类等化学化石分析，可画出石油晕图，指导找油。,礁灰岩是珊瑚礁的矿物成分，性质是方解石和文石，是生物成因的石灰岩。,例,采自哈萨克斯坦扎纳诺尔油田石炭系高产油层部位的车轮状筳骨骼化石（扫描电镜）,*海生单细胞动物（原生动物门，肉足纲，有孔虫亚纲，筳目/亚目/超科）*个体两头尖、中间大（也有凸镜、圆球、柱形、立方形的）*壳长不足1mm-不足3
21、0mm*生活状态：底栖，以丝状伪足运动，无性/有性生殖不同时期类型不同-晚二迭世，个体很小,筳简介,骨骼钙质，一格一间，似居室；肉体腐烂后，油气进驻“空房”。-“生物体腔孔”。本标本生物体内外孔隙达1754，属甲级储集岩类。,逸事：李四光创造“”字。,5.化石直接形成有用矿产,煤植物残体堆积、分解泥炭，经煤化（压力等成岩作用、温度及压力等变质作用）煤石油死亡生物沉积埋葬温度、压力、天然催化和放射性同位素作用各种有机物却样、菌解等完成去氧加氢复杂的碳氢化合物（石油、天然气）硅藻土（山东临朐县盛产的化工原料）20Ma内陆湖泊硅藻沉积是以蛋白石为主的硅质生物沉积岩，多孔，吸水性强（过滤介质、催化剂载体、隔热材料）,“第二节 地层和地质年代”续,6.化石与天文学,贝类也有生长纹,年轮：推时间珊瑚骨骼表面的周期性增生物痕迹：生长环年 生长带月 生长纹日石炭纪：一年生长385-390圈（天）泥盆纪：400现代：360寒武纪以来，每年的每月天数减少（与天文学资料符合）,“第二节 地层和地质年代”续,谢谢！,祝大家 新年愉快！,
