實證古生物學

實證古生物學是以地質學或古生物學觀點研究現代生物所獲得的資料來解決各類古生物學問題的科學。實證古生物學是現實主義原則(將今論古)在古生物學研究中的套用,即用現代生物學資料來探討有關古生物學問題。

基本內容

實證古生物學(actualistic paleontology,actuopaleontology)是以地質學或古生物學觀點研究現代生物所獲得的資料來解決各類古生物學問題的科學。德國古生物學家RRichter運用他對現代北海生物的生態研究成果,解釋地質時期的古生態問題,於1928年創此學科,其定義是研究未來化石形成的由來和目前形式的科學。實證古生物學是現實主義原則(將今論古)在古生物學研究中的套用,即用現代生物學資料,如現代環境中生物與環境的相互關係,與其他生物的伴生關係、生活習性,特別是遺蹟學研究等,來探討有關古生物學問題。

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古生物學的套用

古生物學擔負著為地質學和生物學服務的雙重任務。
為地質學服務,建立地層系統和地質年代表。這是古生物學在地質學中套用最廣、成效卓著的方面。根據地層層序律,生物演化的進步性、階段性和不可逆性,經過數十年的努力,在19世紀建立了從前寒武繫到第四系的地層系統和相應的地質年代系統。20世紀以來雖然發展了放射性年齡測定法及其他手段,生物地層學方法仍是確立各級地層單位的主要手段。與地質年代中代、紀、世、期相應的地層單位為界系、統、階。例如把爬行動物、裸子植物、菊石類的繁盛時代劃為中生代,其中恐龍類與菊石亞目極盛的時期為侏羅紀;早侏羅世以Eode-rocerataceae與Psilocerataceae二個菊石超科為特徵;其中賽諾曼期以牡羊石菊石科為特徵。期以下還可以分出若干菊石帶。
劃分和對比地層。這方面的研究稱生物地層學。生物地層學方法中,歷史最久的是標準化石法。標準化石須具備下列條件:存在的地質年代短,以便精確地確定地層年代;地理分布廣泛,以便易於找到並可作大範圍的對比。例如前面提到的牡羊石,在歐亞各地古地中海區都能找到,是賽諾曼階的標準化石。在使用標準化石法時,應注意任何化石都有在時間上發生、繁盛、稀少、絕滅的過程和在空間上起源、遷移、散布的過程。前人及文獻中所規定的時代及地理分布需要根據具體情況而修改,不能生搬硬套。還要注意一個生物群中的各類化石都有不同程度的地層意義,不能忽視整個生物群面貌,而僅根據少數標準化石來判斷地層年代。
除了標準化石法、百分統計法等外,近年來發展了許多生物地層學新方法,如生態群落對比法,數量(或圖解)對比法等。
恢復古地理、古氣候由於適應環境的結果,各種生物在其習性行為和身體形態構造上都具有反映環境條件的特徵。因此搞清了化石的形態、分類、生態後,套用“將今論古”的方法,就可以推斷其生存時期的生活環境。這方面特別有用的是指相化石,即能明確指示某種沉積環境的化石。例如造礁珊瑚的生活環境為海洋,水深不超過100米,水溫在18℃以上,海水清澈,水流平靜。因此,如果在地層中發現了珊瑚礁體就可以判斷其沉積環境為溫暖、清澈的淺海。又如,蕨類植物生活在溫暖潮濕的氣候環境中,因此在地層中發現大量蕨類植物化石,就指示當時的古氣候溫暖潮濕。在使用化石恢復古環境時,應注意不少生物在地史時期中其生活環境有演變過程,例如海百合在古生代是典型淺海動物,現則多數棲居深海。此外,不僅指相化石,而且生物群的各類別以及沉積物本身都有反映環境的意義,須注意綜合分析。
研究沉積岩和沉積礦產的成因及分布 許多沉積岩,如某些石灰岩、硅藻土,主要由化石組成,特別是能源礦產(石油、油頁岩、煤)主要由動植物遺體轉化形成。目前套用古生物學於找礦的主要有以下方面:①根據成礦化石的時代分布、生態特點等,研究礦產的分布規律;②廣泛使用微體和超微化石,精確地劃分對比含礦層位,指導鑽探等;③從古生物化學角度,研究古生物通過吸附、絡合、化合等方式富集稀有金屬元素的規律;研究古細菌在礦產形成中的作用等。
在地球物理、地球化學、構造地質學方面的套用 地球自轉速度的變化,引起生物生活條件的變化,反映為生物形態和結構的變化。古生物鐘即利用生物生長周期的特徵計算地史時期地球自轉速度的變化。例如現代珊瑚體上一年生長期內約有360圈生長細紋,每紋代表一日。在泥盆紀的珊瑚化石上,該生長細紋約400圈,石炭紀的為385~390圈,說明當時每年天數分別為400及385~390左右,這些數據與用天文學方法求得的各地質時代每年的天數大致相同。用雙殼綱、頭足綱、腹足綱和疊層石的生長線研究也可得出相似結論。通過計算表明,自寒武紀以來,每年和每月的天數在逐漸減少,說明地球自轉速度在變慢。
在構造地質學中,套用已變形化石(腕足類、筆石、三葉蟲)和同類未變形化石的對比,來求得應變橢球體的形狀和方向。
關於板塊構造學說,也不乏藉助於古生物學的例子,如南方大陸的分裂,可以用在兩側同時找到淡水爬行動物中龍(Mesosaurus)化石為例。在一系列微板塊或地體的研究中,更需藉助有關的古生物化石作對比依據。
古遺蹟學在研究深海沉積形成的地層時很有意義。
為生物學服務 為生命起源學說和進化論提供事實依據。生命起源方面,已知最早的化石資料大致如下:
距今7億年最早的大化石(伊迪卡拉動物群)
距今8億年齧草原生動物形成
距今10億年有性分裂生物形成
距今15億年真核細胞形成
距今23億年產氧微生物群落髮展
距今31億年最早的疊層石
距今33億年最早的化石(南非的古桿菌及巴貝通球藻)
以上過程清楚顯示生命在早期發展階段的進化過程。
古生物學為進化論提供的證據有3方面:①總的古生物發展史顯示生物由低到高,由簡單到複雜的總趨勢,植物中由菌-藻-蕨類-裸子植物;動物中從原生動物-無脊椎動物-脊椎動物,脊椎動物中從魚-兩棲類-爬行類-鳥和哺乳類,其形成和繁盛的時代都是按上述順序相繼出現的。②在各主要類別之間陸續發現中間環節的化石,證明它們之間有親緣關係和共同起源。例如介於魚類和兩棲類之間的總鰭類;介於兩棲類和爬行類之間的魚石螈;介於爬行類和鳥類之間的始祖鳥等。③在一些具體的類別中建立起符合進化論的系統發生關係,如馬的譜系,從開始發生到現在的整個過程已研究得比較清楚,為進化提供了實證。
隨著學科間滲透、交叉,古生物學的服務範圍已超出地質學和生物學,向著天文學、物理學等方向擴展。

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