在中美洲分布着一类叫草莓箭毒蛙的青蛙，集中分布于哥斯达黎加。草莓箭毒蛙是全球最美丽的青蛙，同时也是毒性最强的物种之一。它们的繁殖和照顾后代的方式很奇特。每当雌雄蛙交配后，雌蛙一次产4～6颗卵于落叶堆中或低洼地的水坑中，当卵孵化成蝌蚪后，为了避免水坑干涸，蝌蚪会爬到雌蛙的背部，而雌蛙会将它们带至满水的几十米高的树洞或凤梨科植物心部，每个位点只会放下一只蝌蚪以避免它们同类相食，这些位点的水足以保证蝌蚪发育长大。然而这些地方的食物是很缺乏的，仅有少部分藻类等，这些不足以让小蝌蚪发育成年。所以，雌蛙想出了一个好办法，它们一旦安放好蝌蚪后，会记住它们的位置，雌性每个星期都会到蝌蚪的位点产下未受精的卵作为食物，供给小蝌蚪，直到小蝌蚪成年。有研究曾用其他的食物（如藻类及其他箭毒蛙的卵）来喂养草莓箭毒蛙的蝌蚪，但都很难成功。可见它们是必须要由成蛙照顾，否则它们很难生存或成长。

生活中的生物学现象

生为发育的胚胎提供了保护、营养以及稳定的恒温发育条件，是保证酶活动和代谢活动正常进行的有利因素；使外界环境条件对胚胎发育的不利影响减低到最低程度，以乳汁哺乳幼兽，是使后代在优越的营养条件和安全保护下迅速成长的生物学适应，胎生，哺乳为哺乳动物生存和发展提供了广阔的前景．羊膜卵外包有石灰或纤维质的硬壳，能维持卵的形状，减少卵内水分蒸发、避免机械损伤和防止病原体侵入；卵壳具有通透性，能保证胚胎发育时进行气体代谢，卵内贮存有丰富的卵黄，保证胚胎在发育中能得到足够的营养。在胚胎发育早期，胚胎周围的胚膜向上发生环状皱褶，不断向背方生长，包围胚胎，在胚胎外构成两个腔——羊膜腔和胚外体腔，羊膜腔内充满羊水，使胚胎能在液体环境中发育，能防止干燥以及机械损伤。另外，还形成一尿囊，可以收集胚胎发育代谢中产生的废物，另外尿囊与绒毛膜紧贴，其上富有血管，胚胎可通过多孔的卵壳或卵膜，与外界进行气体交换。 羊膜卵的出现，是脊椎动物从水生到陆生进化过程中产生的一个重大适应，它解决了在陆上进行繁殖的问题，使羊膜动物彻底摆脱了水环境的束缚。山羊的瞄孔是矩形的瞳孔是指虹膜中间的开孔，它是光线进人眼内的门户，也称作“瞳仁”。它在亮光处缩小，在暗光处放大。人类和很多动物的瞳孔都由不自觉的虹膜伸缩控制大小，以便调节进人眼内的光线强度，这称为瞳孔反射。动物的瞳孔形状由玻璃体的光学特性、视网膜的形状和敏感度，以及物种的生存环境和需要决定。大部分动物的瞳孔都是圆的，但山羊的瞳孔扩大时形状却接近矩形，其实大多数有蹄动物的瞳孔都近似矩形。矩形的瞳孔使山羊的视野范围在320-340度之间(人类的视野范围在160一210度之间)，这意味着它们不用转动头就几乎能看到周围的一切物体。因此有矩形眼睛的动物因为瞳孔大，在夜晚能够看得更清楚;白天睡觉时由于眼睛闭得紧，能够更好地避光。为什么没有黑色的花朵自然界里也有黑色的花朵，像黑牡丹、墨菊等。由于黑花很少，物以稀为贵，黑牡丹和墨菊就成了珍品。除了黑色的花，其他颜色的花都很多，五彩缤纷，装点着大自然。黑花为什么那么少呢? 在花瓣中一般含有两种物质，一种叫花青素，一种叫胡萝卜素。花青素的性质非常不稳定，遇到酸类呈红色，遇到碱类呈蓝色，遇到强碱性物质成为蓝黑色，中性时是紫色。还有一些花的颜色是黄的、橙黄的、橙红的。它们的花瓣含有胡萝卜素。花的颜以与花瓣内含有的物质相关，在植物体内不能产生黑色的因子，只有在特殊情况下，才有可能出现黑色趋向，所以，黑色的花就十分罕见了，并且单纯黑色的花是不存在的。这是黑色花朵少的生理因素。但为什么自然界没有使植物出现黑色因子呢？主要是因为太阳光的原因，如果花朵是黑色，那么将会吸收太阳光所有波长的光的能量，那样很容易被强烈的太阳光灼伤，也因此自然选择决定了黑色的花朵很少很少。

引用 古诗中的生物学现象

引用 古诗中的生物学现象

引用"满园春色关不住，一枝红杏心出墙来。"(宋?叶绍翁《游园不值》)

--向性运动

"近水楼台先得月，向阳花木早逢春。"(宋?苏麟《献范仲淹诗》)

--植物生长发育过程中必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。

"人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。"(唐?白居易《大林寺桃花》)

--温度对植物生殖生长的影响。"山寺"随着海拔高度的增加而温度降低～此时代谢减慢～

"落红不是无情物，化作春泥更护花。"(清?龚自珍《己亥杂诗》)

--生态系统中，物质循环

"相逢不用忙归去，明日黄花蝶也愁。"(宋?苏轼《九日次韵王巩》)

--植物开花有明显的季节性，属于植物的光周期，黄花即菊花，属短日照植物，秋天开放，以昆虫传粉，属虫媒花。

"有心栽花花不开，无心插柳柳成荫。"(《增广贤文》)

--移栽过程某些植物根系被破坏，吸水能力大大减弱，而蒸腾作用大量散失水分，很难成活。柳，可无性繁殖。

"花褪残红青杏小，燕子回时，绿水人家绕。"(宋?苏轼《蝶恋花》)

--被子植物先开花后结果。

"癫狂柳絮随风舞，轻薄桃花逐水流。"(唐?杜甫《漫兴》)

--种子的传播方式多种，柳的种子轻，靠风力传播。

"种豆南山下，草盛豆苗稀。"(东晋?陶渊明《归园田居》)

--生态系统中杂草与农作物之间的关系是种间竞争。由于人疏于管理，一般农作物竞争不过杂草。

"晓来谁染霜林醉?总是离人泪。"(元?王实甫《西厢记》)

--作者用喝酒后人脸红来喻枫树的红叶。由于人体内天生缺少一种酶，无法分解酒精进入人体后产生的乙醛，所以脸红。花青素在酸性又业中呈红色，秋季昼夜温差大，使叶绿素分解，类胡萝卜素相对量增加，花青素成为主要色素，而枫树细胞液此时呈酸性。

"银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。"(唐?杜牧《秋夕》)

--流萤即萤火虫，晚上出来活动。荧光素由ATP激活后，被进入体内的氧在酶的催化下氧化，这种氧化反应导致发光器处于兴奋状态。萤火虫发光是一种性召唤。

"明月别枝惊鹊，清风半夜鸣蝉。"(宋?辛弃疾《西江月?夜行黄沙道中》)

--动物对外界刺激产生的趋利避害反应，属于应激性。

"飞蛾性趋炎，见火不见我。愤然自投掷，以我畏炎火。"(清?秦应阳《飞蛾》)

--趋光性

"我有迷魂招不得，一唱雄鸡天下白。"(唐?李贺《致酒行》)

--公鸡对光线特别敏感，天刚亮时，就能感到光波而报晓。

"两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天。"(唐?杜甫《江南春绝句》)

--同种动物会因为觅食、防御、繁殖等原因而生活在一起，属于群聚现象。

"丹鸡被华采，双距如锋芒。愿一扬炎威，会战此中唐。"(魏晋南北朝?刘桢《斗鸡诗》)

--雄鸡体内的雄性激素使公鸡的第二性征为体色艳丽，有利于吸引异性。同种动物间有时因领地、食物、配偶等原因而发生争斗，属于种间斗争。

"春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干。"(唐?李商隐《无题》)

--蚕，变态发育。

"稻花香里说丰年，听取蛙声一片。"(宋?辛弃疾《西江月?夜行黄沙道

中》)

--生态系统中，害虫捕食农作物，青蛙捕食害虫，这是一条食物链。

"锄禾日当午，汗滴禾下土。"(唐?李绅《悯农》)

--杂草与农作物竞争。人体通过出汗的方式使体内多余的热量散失，维持体温恒定。

"君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。"(唐?李白《将进酒》)

--人由于过度紧张、忧愁、悲伤等原因引起体内发生一系列巨变，造成内分泌严重失调、代谢紊乱，很短的时间内出现白发。2006109101914543/在我国古代的一些诗词歌赋中，很多文人墨客借对自然现象的描述或是对动植物特征习性的概括，抒发情怀，讴歌大自然。生物课堂教学中，挖掘这些古诗词中的生物学知识，解析背后蕴含的生物学原理，不仅能活跃学生思维，激发其学习兴趣，更有益于提高教学艺术性，增强师生的文学修养。

1."春色满园关不住，一枝红杏出墙来"(宋?叶绍翁《游园不值》)

"红杏出墙"这是一种向性运动，可使植物的茎、叶处于最适宜利用光能的位置，有利于接受充足的阳光而进行光合作用。产生向性运动的原因是在植物体内有一种激素叫生长素，能够促进植物细胞的伸长生长。在单侧光线的照射下，生长素在背光一侧比向光一侧分布得多，这样，背光一侧的细胞就比向光一侧的细胞纵向伸长得快，这样就使茎朝向生长慢的一侧弯曲。

2."近水楼台先得月，向阳花木早逢春"(宋?苏麟《献范仲淹诗》)

植物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。用公式表示:K=N?(T-T0)式中，K为有效积温(常数)，N为发育历期，即生长发育所需时间，T为发育期间的平均温度，T0为生物发育起点温度(生物零度)。发育时间N的倒数为发育速率。在发育期间，向阳的花木由于日光的原因，温度T要比背阴的同种植物的温度高一些，所以会较早的发育。

3."人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开"(唐?白居易《大林寺桃花》)

这也是一个有效积温的问题。由于地势高的原因，山中的温度一般比平原的温度要低，所以山中的植物达到有效积温所需时间就长，发育就慢。

4."落红不是无情物，化作春泥更护花"(清?龚自珍《己亥杂诗》)

在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素，不断进行着物质循环。落花被微生物分解后，某些矿质元素又回到了无机环境，能够被植物重新吸收利用。5."相逢不用忙归去明日黄花蝶也愁"(宋?苏轼《九日次韵王

许多植物的开花都有明显的季节性，这属于植物的光周期现象。黄花即菊巩》)

花，属于短日植物，在秋天开放。菊花以昆虫为媒介传播花粉，属于虫媒花。

6."有心栽花花不发，无意插柳柳成荫"(《增广贤文》)

有一些植物在移栽的过程中，由于根系遭到破坏，吸收水分的能力大大减弱，蒸腾作用丧失大量的水分，所以很难成活。而有些植物如柳等的繁殖能力很强，可以用茎等进行无性繁殖。

7."花褪残红青杏小，燕子回时，绿水人家绕"(宋?苏轼《蝶恋花》)

被子植物一般先开花后结果，当"花褪残红"时，果实刚开始发育，这属于有性繁殖。

8."癫狂柳絮随风舞，轻薄桃花逐水流"(唐?杜甫《漫兴》)

种子的传播方式有多种，像柳等植物的种子很轻，靠风力传播。

9."种豆南山下，草盛豆苗稀"(东晋?陶渊明《归园田居》)

在农田生态系统中，杂草与农作物之间的关系是种间竞争。一般农作物竞争不过杂草，如果人疏于管理，就会出现"草盛"而"豆苗稀"的景象。

10."晓来谁染霜林醉?总是离人泪。"(元?王实甫《西厢记》)

作者此处用人喝酒后的脸红来喻枫树的红叶，甚是绝妙。

为什么有些人喝酒后脸会发红?专家分析这是由于这些人体内天生就缺少一种酶，无法分解酒精进入人体后产生的乙醛。因此，饮酒后面部发红，感觉多有不适。

植物叶片有一种叫花青素的特殊色素，它在酸性液中呈红色。随着季节更替，气温、日照相应增减，叶片中的主要色素成份也发生变化。到了秋天，气温降低，光照减少，对花青素的形成有利，枫树等红叶树种的叶片细胞液此时呈酸性，整个叶片中叶绿素含量下降，类胡萝卜素含量变化明显，所以呈现红色。

11."银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤"(唐?杜牧《秋夕》)

流萤即萤火虫，晚上出来活动，并能发出荧光，这与萤火虫体内特殊物质的综合作用有关。萤火虫体内有虫荧光素这种特殊的发光物质，由三磷酸腺苷(ATP)激活后，又被进入体内的氧和体内的酶氧化。这种氧化反应导致兴奋状态而发光。然后，光又经多脂肪细胞的下层反射出来。萤火虫发出的荧光不仅是表达交流的方式，同时也是一种性召唤。

12."明月别枝惊鹊，清风半夜鸣蝉"(宋?辛弃疾《西江月?夜行黄沙道中》)

动物对于外界的刺激产生趋利避害的反应，这属于生物的应激性。

13."飞蛾性趋炎，见火不见我。愤然自投掷，以我畏炎火"。(清?秦应阳的《飞蛾》)

飞蛾夜间活动，具有趋光性，所以才会有"飞蛾扑火、自取灭亡"的说法。

14."我有迷魂招不得，一唱雄鸡天下白"(唐?李贺《致酒行》)

公鸡对光线特别敏感，当天刚刚发亮时，就能感到光波而报晓。

15."两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天"(唐?杜甫《江南春绝句》)

同种动物会因为觅食、防御、繁殖等原因而生活在一起，这属于动物的群聚现象。

16."丹鸡被华采，双距如锋芒。愿一扬炎威，会战此中唐"(魏晋南北

朝?刘桢《斗鸡诗》)

雄鸡体内的雄性激素使得公鸡色彩艳丽，有利于它吸引异性。

同种动物之间有时会因领地、食物、配偶等原因而发生争斗，这属于种内斗争。

17."春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干"(唐?李商隐《无题》)

春蚕"作茧自缚"后并没死而是化蛹成蛾，属于变态发育。

18."稻花香里说丰年，听取蛙声一片"。(宋?辛弃疾《西江月?夜行黄沙道中》)

在农田生态系统中，害虫捕食农作物，青蛙捕食害虫，这是一条食物链。听到青蛙在稻田里欢快的"歌唱"，所以才会"稻花香里说丰年"。

19."锄禾日当午，汗滴禾下土"(唐?李绅《悯农》)

农田生态系统中，杂草的竞争力非常强，以农民要在中午时把它们锄掉，使之失水死亡，使更多的能量流入到粮食作物中。人通过出汗等方式散发出身体内多余的热量。烈日当空照，又在辛勤的劳作，当然会"汗滴禾下土"。

20."君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪"(唐?李白《将进酒》)不少人由于极度紧张、忧愁、悲伤等原因往往会引起体内发生一系列急剧变化，造成内分泌严重失调，在很短时间内出现白发。

A to I 和C to U RNA 编辑现象的生物学功能

A 一 to 一 1RNA 编辑是 RNA 编辑的研究中较为深入的一种 , 这种形式的编辑现 象在哺乳动物中普遍存在。它是指 ADAR(adenosinedeaminasesaeting。 nRNA) 编 辑酶特异识别双链初始转录木 , 并将某些特定位点的 A(腺缥吟 ) 脱氨 , 形成 I(次黄 缥吟 ) 的过程。而次黄缥吟在碱基配对的过程中被识别成 G(鸟嗓

吟 ), 从而导致遗传信息的改变 [9,'“l 。目前认为 ADAR 酶是调控 A 一 to 一 1RNA 编

辑事件的一类酶。 ADAR 酶是一个蛋白家族 , 广泛的存在与生物界不同物种中 , 从果蝇、线虫到人类都发现了这类酶的存在。在脊椎动物中 , 这类酶是高度保守 的。研究较多的是 ADARI,ADARZ,ADAR3以及 ADATS 。 ADAR 酶有着极其 重要的生物学功能 , 果蝇中 ADAR 酶的缺乏可引起其行为 1办调性的丧失以及某 些退行性的表现。线虫中 ADAR 酶的缺乏能够导致线虫的行为缺陷以及神经系 统的紊乱。缺乏 ADARI 的小鼠胚胎致死 , 而缺乏 ADARZ 的小鼠则在出生后 几周内死一亡。这些小鼠在死一亡前反复经历癫痈、躁狂等神经系统疾病 , 最后 神经元细胞逐渐死亡后结束生命。 这些现象充分表明 A 一 t 。 一 1RNA 编辑事件 的重要性 ['3一 `5]。 己发现的 A 一 to 一 1RNA 编辑事件分布在人、 小鼠、 果蝇和 线虫中。目前的研

究表明 ,A 一 to 一 1RNA 编辑事件在整个人类基因组中能够引起广泛的基因水平 的

调节 , 越来越多的证据表明它在人体的生理过程中发挥着重要的功能 [9]。 A 一 to 一 I RNA编辑事件紧随转录之后发生 , 使其能够直接影响其他转录后的调控事件 , 影响翻译层信息 , 大大增加了转录组和蛋白组的复杂性 , 结果导致编码蛋白的序 列、结构和功能的改变 ['“l 。 A 一 to 一 IRNA 编辑位点涵盖了剪接位点、可变剪

接位点、外显子区、内含子区、 3气 UTR 和 5' 一 UTR 区等。发生在剪切位点和 可变剪切位点的 RNA 编辑事件可能影响了 RNA 的剪切方式。 RNA 编辑同基因 的选择剪接

或可变剪接一样 , 使得一个基因序列可能产生几种不同的蛋白质。发生在外显子 区的 RNA 编辑事件可能影响了翻译起始位点、密码子、翻译终止位点 , 这些潜 在影响都可能导致蛋白质结构和功能改变 :发生在内含子区的 RNA 编辑事件可 能影响 microRNA 等 RNA 的调控区域 , 进而可能影响了基因的表达。

研究报道表明 ,A 一 to 一 1RNA 编辑在核酸水平有着广泛的影响 , 主要表现在 以下几方面 :a)通过编辑可以构建或去除分支位点或剪接位点 , 导致影响原剪 接或发生新的可变剪接事件 :Ruete:等在大鼠中发现 A 一 to 一 1RNA 编辑酶 ADARZ

会编辑自身的初始转录本而得到新的受体位点 , 从而发生可变剪切〔 '7]。 b) 编辑 microRNA 前体和成熟体 :有证据表明 A 一 to 一 1RNA 编辑能对 microRNA 转录 物

进行直接编辑 , 从而对 microRNA 的功能进行精细调节 , 改变其成熟体的数量 及其靶标的多样性 ['8]。 Yang 等和 Kawahara 等分别独立研究了 mir-142和 mir-巧

在前体加工过程中受到 RNA 编辑的影响 , 从而阻断了 miRNA 成熟体的产生 , 影响了 m1RNA 功能的正常使用。 Kawah 盯 a 等研究发现发生在 miR 一 316成 熟体

上的 RNA 编辑事件改变了成熟体与靶位点的结合 , 致使编辑前后的靶基因差别 很大 , 切换了 miRNA 的调控功能 [l9,20]。 。 )RNA 编辑和 siRNA 通路 :Bass 和 Tonkin 发现神经系统中含量丰富的 RNA 编辑酶 ADAR 能与 RNAI 相互作

用。实验表明 ADAR 突变体的许多行为缺陷都是由异常的 RNAI 引起的 [2',“2]。 d) 调节病毒的感染 :Jayan和 Cascy 等发现 ADARI 和 ADARZ 高水平表达导 致了非 amber/w位点的广泛 A 一 t 。一 1RNA 编辑 , 随后产生的 HDAg 变异体抑 制

了丁型肝炎病毒 RNA 的复制 123一 271。 Ni 。 等报道 ADARI 既能直接修饰病毒 RNA, 也能通过抑制 dsRNA, 激活蛋白激酶 P 以而增强病毒复制 [28〕 。在 DeborahR. 等人的报道中同样发现了 A 一 to 一 1RNA 编辑可以影响 HCV 的感染。 目

前对 A 一 to 一 IRNA 编辑的研究较为有限 , 所以不能排除其可能还影响了其他重 要

的生物学过程。

A 一 to 一 1RNA 编辑在蛋白质水平存在如下的影响 :a)构建或破坏翻译起始位 点 :有些基因的主要转录产物必须经过编辑才能有效地起始翻译 , 或产生正确的 阅读框。 b) 破坏翻译终止位点 :由于研究有限 , 尚未查到 A 一 to 一 1RNA 编辑破 坏翻译终止位点的相关文献。 终止密码子是 UAG 、 UAA 、 UGA,A 一 to 一 1RNA 编辑不可能产生新的终止密码子 , 但仍可能破坏原有的终止密码子。在其他 RNA 编辑事件中发现 RNA 编辑能构建或破坏翻译终止位点 , 例如 Bourara 等报道人 类免疫缺陷病毒 HIV 中的 vPr 基因发生 G 一 to 一 ARNA 编辑 , 从而新建一个翻 译

终止位点 , 控制与调节 HIV-1的表达及长期被感染细胞存活相关的病毒蛋白 R 的翻译 [29];发生在 NF 基因上的 c 一 to 一 u 编辑错误产生翻译终止信号 , 实际上 是使神经纤维瘤蛋白这一肿瘤抑制因子功能缺失 , 因而病人体内易长出肿瘤。 c)

改变基因编码区密码子 :Bums报道 5一 HT(ZC)R发生 A 一 to 一 1RNA 编辑 , 使 G 蛋白偶联受体结合能力下降 10一 15倍 , 进而调控 5一轻色胺能信号转导 [30,”]。

谈地球生物学的重要意义

古生物学报 , 48(3) :293-301(2009年 9月 )

Acta Palaeontologica Sinica , 48(3) :293-301(September , 2009)

　　 收稿日期 :2009205229

3

国家自然科学基金创新研究群体科学基金 (40621002) 和高等学校学科创新引智计划 (B08030) 联合资助 。

谈地球生物学的重要意义

3

殷鸿福 1) 　 谢树成 2) 　 1) 　 2)

1) , , ;

2) , 　　 提要 　 , 它研究作为地球系统三大基本过程之一的生 命过程 , 不仅是地球影响生物圈 , 而且生物圈也影响地球系统 。 这种相互 , , 、 耦合地进行着 。 生命与地球环境的协同演化是地球生物学的 核心 。

当前地球生物学发展的重点是地球微生物学 。 宏体生物能反映地球环境对它们的影响及它们对环境的适应 , 但除植物外 , 它们对环境的影响有限 。 了解生物圈与地圈双向的相互作用必须研究地球微生物学 。生命科学和整 个自然科学都在向微观方向发展 , 不断形成新的理论和技术方法 。 古生物学不能停留在以古动 、 植物学为主的阶 段 , 而要与生命科学和整个自然科学保持同步发展 。 现在我们已经找到了解决微生物与地质研究相结合问题的途 径 。 微生物功能群具有重要的地质学意义 , 是研究地球微生物学的突破口 。

地球生物学是古生物学的继承和超越 。 分类系统学将仍然是研究的基础 , 但是包含了传统古生物学的地球生 物学在学科内容和技术方法上将更多地与物理 、 化学 、 生物等学科交叉融合 。其结果将使古生物学在时间上更前 溯 , 在空间上更开拓 , 为古生物学在地球系统科学研究和为国民经济主战场服务中开辟更广阔的前景 。

关键词 　 协同演化 　 地球微生物学 　 微生物功能群的地质学意义 　 继承和超越古生物学

1　 前 　 言

地球系统科学将地球各圈层作为一个系统 , 研 究各圈层之间的相互作用过程 , 即地球系统过程 (eart h system p rocesses ) 。物理 、 化学和生物过程 是地球系统的三大基本过程 。 包括人类在内的生物 圈与地球其它圈层的相互作用 , 或生物圈 2地圈耦合 系统 (coupling system of bio 2geosp here ) , 是地球系 统的重要组成部分 。 地球生物学就是研究生物圈与 地球其它圈层的相互作用 , 或生物圈 2地圈耦合系统 的学科 。 关于地球生物学的概念 、 学科位置及分类 体系 , 国内外均已有所介绍 (Olszewski , 2001; 赵生 才 , 2001; Noff ke , 2005; 刘羽 , 2005; 谢树成等 , 2006; Yin et al . , 2008, 殷鸿福等 , 2008) , 不再赘 述 。 本文将着重讨论地球生物学的几个重要问题 。

2　 地球生物学的核心概念 — — — 生命与 地球环境的协同演化 (coevolution of life and eart h ’s environment )

　　 我们过去讲地球与生命的关系 , 主要强调的是 地球环境变化影响生命演化 , 生命演化适应地球环 境变化 , 这是一个单向作用的关系 。根据地球系统 科学 , 地球环境的演变决定了生命的起源与演化 , 而 生命过程又影响着地球表层环境 。 二者之间存在着 相互作用关系 , 而且这种相互作用的实质是协同演 化 。 这就涉及了一个重大科学问题 :地球环境演变 影响生命演化 , 生物适应于环境变化 ; 但是反过来 , 生命演化能影响地球环境演变 , 生物过程能影响地 球环境吗 ? 我们说 , 是的 。下面就从 3方面来说 明之 。

2. 1　 地球表层各圈层多半是生物作用或改造的产物 当今地球表层的岩土圈盖层 , 绝大部分是物理 2化学 2生物过程的产物 , 未经生物过程的物质很少 。 覆盖许多浅海区的碳酸盐沉积 , 大部分 (除粒屑灰岩 和砾状灰岩外 ) 是生物成岩作用产物 ; 覆盖大部分 深海区的硅质软泥亦是如此 , 此外还有磷灰岩等生 物成岩产物 。 陆地上的土壤 , 都是微生物作用的产 物 。 即使是泥沙碎屑沉积 , 亦往往含有生物遗体 、 遗 迹或经过生物作用的改造 。

海洋孕育了生物 ,

物为 1天

一次 ,

一次 (Lapo , Krumbein and Schellnhuber , 1990) 。 除蒸馏水外几乎不存在无生命活动的水体 , 因此可以说 , 全部水圈都经历过生物地球化学过程 。 原始大气是无氧大气 , 开始时 CO 2占 98%, 后 来又富含甲烷 。由无氧大气转变为当代的富氧大 气 , 几乎完全是生物光合作用 (吸收 CO 2, 放出 O 2) 的结果 。 其中蓝细菌 、 维管束植物和生物礁曾在地 史中先后作出过重大贡献 。如果没有生命 , 当代的 大气成分将会完全不同 。

2. 2　 地球表层物质运动都经过物理 2化学 2生物过程 地球上活着的生物总个体数约为 5×1022个 (Fischer , 1984) , 其中宏体生物 (macro 2organisms ) 占 2%, 若按其平均体重 1g , 平均寿命 20天计 , 则自 6亿年以来 , 宏体化石累计总质量达 6. 7×1030g , 是 地球总质量 (6×1027g ) 的 1000倍 。其所转移的物 质总量又为自身质量的许多倍 。占 98%总生物量 的微生物 , 其转移的物质量倍数更大 。由于生物圈 覆盖整个地表 , 因此 , 在地球表层物质运动中 , 几乎 不存在未经生物过程的物质 (张昀 ,1998) 。生物地 球化学循环则存在于地球表层全部生源元素 (C , H , O , S , P , N ) 和其他许多元素 (Fe , Ca , Si , As , Mo , U ) 的循环中 。

2. 3　 地球表层的能量 — — — 太阳能主要靠生物吸收 、 转换 、 储存

生命活动吸收 、 储存太阳能 。 否则 , 大部分太阳 能将会被反射和散失 , 地球表层物质运动将会大大 减慢 。 当今人类社会赖以运转的岩石圈中储存的化 学能 ,90%以上来自地史生物圈吸收太阳能并转换 为有机碳等形式的化石能源 (煤 、 油气 ) 。以当前的 太阳能和地史时期形成的化学能库为主 , 加上地球 释放的内能 (火山 、 地热 、 构造活动 ) , 保证了地球表 层系统稳定的能量供应 。

地球表层目前的状态在很大程度上是靠生命活 动来调控和维持 。 如果没有生物圈的调控 , 地球表

大气 ,

2

, 90%, 在这次灭绝后 , δ13C 曲线有大幅度的波动 , 表明地球 , 倒退到地史早期的状况 (Y in et al . , 2007) 。 这就说明生物圈的存在对维持地球表层目 前状态的重要性 , 可作为当今全球变化和生物多样 性危机未来演变的借鉴 。

由此可见 , 生物圈与地球表层存在着相互作用 而不是单向作用 , 生物圈与地球内层的相互作用也 正在研究中 , 如深部生态系 。 35亿年地球与生命共 存的历史是一部地球与生命协同演化史 。 地球与生 命协同演化是地球生物学的核心思想 。

协同 (或协调 ) 演化 (或进化 ) 用的是同一个英文 词 coevolution , 一些学者认为 , 在国内 “协调” 带有 主观能动性的语境 , 而演化比进化包含面广 , 生物与 环境的相互作用不一定都是前进性的 , 因此 , 主张用 协同演化为好 。协同演化包含了生物圈与地圈过 去 、 现在和未来的耦合 , 因此 , 该词很适用于地质学 和古生物学范畴的研究 。

协同演化原是一个生物学和生态学的概念 , 指 某一个或多个物种的特征受到其它物种特性的影响 而产生的相互演化现象 (Ehrlich and Ravin , 1964; J anzen , 1980) 。 为了避免引起生物学家的误会 , 我 国地学学者过去并没有用协同演化来表达生物圈与 地球系统之间的相互作用 。然而 , 生物圈与地球系 统之间的协同演化这一概念在国外很早以前就广泛 应用 。 Vernadsky (1945) 最早提出协同进化理论 (coevolutionary t heory ) , 认为生物与化学环境是相 互作用的 。 其后 Lovelock (1979) 的盖娅 (Gaia ) 理论 提出 , 地球的生物圈 、 大气圈 、 海洋 、 土壤等各子系统 整合为一体 , 共同演化 , 具有自我调节 、 自我控制的 自组织作用 , 使地球系统达到适合生物圈存在的最 佳物理 2化学条件 。 这个系统的关键是生命 。 现在 , 协同演化这一概念已广泛应用于地圈和生物圈的相 互作用 , 代表地圈 2生物圈的耦合系统 (Lenton et al . , 2004; Lieberman , 2005; 徐桂荣等 ,2005; 孙

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枢 、 王成善 ,2008; 戎嘉余等 ,2008) 。

半世纪来生命科学的进展证明 , 协同演化是生 物界普遍存在的现象 。生物演化中既有弱肉强食 、 适者生存 、 互相制约的生存竞争 , 又有互利共存 、 相 互适应 、 协调创新的协同关系 。 在这种体制下 , 所有 生命形式不论高低都对生物圈作出了贡献 , 因而有 其存在的必要性 。竞争而不消灭 , 高级体制与低级 体制共同存在 , 以维系一个协调发展的生物圈 , 己是 生物演化的必然结果 ; 它又是维持地球系统正常运 转的必要条件 。 徐桂荣等 (2005) 强调 ,

和协同演化两者中 , , 是

界的演化 ,

的进化历史 。

与生物 2生物之间的关系相比 , 生物与地球环境 的协同演化关系更远远超过了竞争关系 。 这种协同 演化既包括了如前述的 35亿年来互相适应和协同 创新 , 也包括了相互关系的危机阶段 — — — 在显生宙 的 5次生物大灭绝中 , 地球环境的剧变引发了生物 界的灾变 , 而生物灾变又反馈 、 加剧 、 延长了地球环 境剧变 , 这是负向的协同演化 ; 然后 , 又通过复苏和 辐射创造了新的生物界并与地球协同进化创造了新 的地球时代 。 演化不仅是稳定向前的发展 , 也包括 了相对短暂的突变和灾变 。在这 3种情况下 , 生物 与地球环境都是协同演化 。如果两者不协同 , 生物 界将不复存在 , 地球也不再是我们所习知的地球 , 而 只不过是另一颗火星而已 。 所以生命与地球的协同 演化是地球生物学的核心概念 。 这一概念更符合地 球系统科学的总体观 , 也更符合人与自然协调发展 的科学发展观 , 可以作为科学发展观的自然科学哲 学基础 。

3　 为什么当前地球生物学发展的重点 是地球微生物学 ?

3. 1　 生物圈与地圈的相互作用必须从地球微生物 学研究着手

传统古生物学主要研究对象是宏体真核生物 , 它们能够较好地记录地球环境对生物的控制和影 响 , 但这仅是单方面的作用 。由于宏体生物只占生 物总量的 2%, 它们在生物圈对地球环境的作用方 面 , 如能量传递 、 物质循环等 , 影响是很弱的 。要研 究生物圈与地圈的相互作用 , 或地球系统的生物过 程 , 重点是研究地球微生物学 。

从生态系统的能量传递过程来说 , 不管是利用 太阳能的正常生态系统还是利用地下热能和化学能 的 “ 黑暗” 生态系统 , 最初从环境中摄取能量的生物 主要是微生物 , 最后把能量从生物圈返回给环境的 还是微生物 。 , 构成生命 () 中 , 全部古 、 。传统古生 。 , 、 矿产资源的形成以及 , 是地球 生命的支持系统 。因此 , 地球微生物学是地球生物 学的核心 , 也是当前地球生物学研究的热点 。国际 期刊 《 Geobiology 》 自 2003年创刊以来发表的研究 论文大多涉及地球微生物学过程 , 从一个侧面反映 地球微生物学过程是该学科的核心科学问题 。 传统古生物学的主要研究对象 — — — 宏体古生 物 , 是地球食物链和生态系统的上层 。用人类历史 作比喻 , 它们是 “帝王” (鱼类 、 恐龙 、 哺乳类 ) 和 “将 相” (三叶虫 、 笔石 、 腕足类 、 双壳类 ) 。 “ 帝王将相” 的 兴衰能反映历史变迁和朝代更替 , 但它们不是历史 变迁 、 朝代更替的主要动力和原因 。这主要动力和 原因 , 从内因方面来说 , 来自于构成了生态系统基础 的广大 “ 草根” 阶层 , 即占生物量主体并构成生态系 统和食物链基础的微生物 。 例如 , 为什么古 、 中生代 之交的生物灭绝成为地史上规模最大 、 延续最长的 大灭绝 ? 除了环境剧变的外因 , 从生物圈内因来说 , 单是珊瑚 、

腕足类和 类等的灭绝并不足以说明问 题 。 现在已逐渐清楚 , 这是因为在该突变期发生了 显生宙最剧烈的 “草根” 阶层 — — — 蓝细菌 、 绿硫细菌 及其它微生物的灾难性变化 , 并深刻影响了地球的 碳 、 硫等物质循环 (Grice et al . , 2005; Xie et al . , 2005, 2007a ) 。 生物演化史如果仅限于 “帝王将相” 的历史 , 则它将不能从本质上反映演化的型式 、 过程 与动力 , 亦不能说明占生物演化 5/6时间的 “ 无帝王 将相的原始社会史” — — — 前埃迪卡拉纪的生命演 化史 。

3. 2　 与生命科学和整个自然科学保持同步发展 生命科学的突飞猛进已使其成为带动 21世纪 自然科学发展的新引擎 。 古生物学历来追随生物学 发展的步伐 。 从林奈到居维叶 , 古生物学采用了生 物学的自然哲学观和分类体系 。当生物学以 《物种 起源》 出版 (1859年 ) 为标志进入达尔文主义时代 592

　 第 3期 殷鸿福等 :谈地球生物学的重要意义 　　　　

后 , 古生物学的主流迅速响应 , 从而开始了演化古生 物学 (Mayr , Simp son 等 ) 的时代 。 1953年 , 遗传物 质 DNA 双螺旋结构的阐明 , 使生物学进入了以分 子生物学为主导的时代 。经过半个世纪的发展 , 生 物学已经成为 21世纪的主流科学 , 其标志是人类基 因组计划 (1990— ) 和其它模式生物基因组作图 , 以 克隆 “ 多莉羊” (1997) 为代表的生物技术和以基因 、 细胞 、 发育 、 进化及脑的研究来探讨生命本质及起源 演化 。 50年以前的生物学教材以动 、 植物为主体 , 而现在它们只占其中一小部分 ,

因 、 生物技术 、

50

物 , 。 50年 , 仅中国古生物学会即达 2000人以上 。 现在古动物和古植物学家不仅在中国而且 在全球 , 人数都已急剧减少 。 毫无疑问 , 我们要为中 国和世界保持住一批有足够数量和高质量的古动 物 、 古植物学家 。但是面对着学科发展和社会需求 的大趋势 , 发展地球微生物学和分子古生物学已经 是古生物学今后的必然要求 。

不仅生命科学 , 整个自然科学都存在类似的发 展趋势 , 微的更微 , 宏的更宏 , 宏微结合更紧密 。从 微的方面说 , 物理学的夸克 , 材料科学的纳米材料 , 信息科学的微芯片 , 地学仪器中的 10-9— 10-12精 度 , 同步辐射 , 单体同位素 ,nan 2XCT 。这些科技发 展都为地球微生物学的发展提供了理论和技术支 持 , 并要求古生物学跟上自然科学发展的总趋势 。

3. 3　 微生物功能群的地质学意义是研究地球微 生物学的突破口

为什么在地球微生物学这个方向上 , 古生物学 显得略为滞后于生物学呢 ? 这是因为存在着两方面 的困难 。 第一 , 地质时期的微生物大多难以像多细 胞动植物那样可以直接从形态构造上来分门别类地 开展研究 , 而需要寻找可以标示微生物生物学属性 或其与环境相互作用的替代指标予以表征 ; 第二 , 地质时期出现的微生物在经过漫长的地质年代之 后 , 在一般岩石中只有零星保存 , 且多已降解而难以 辨认 。 寻找合适的 、 富集微生物 (及其可辨认降解 物 ) 的地质体 , 并能应用多学科知识和多技术手段 开展研究 , 成为取得突破的关键 。现在已经可以 说 , 解决这两大困难的科学和技术途径已经找到 , 突 破口就是微生物功能群的地质学意义 。

虽然对地质时期微生物难以开展属种水平的研 究 , 但微生物参与的一系列地质过程 , 如陆地风化 、 海洋固碳 、 早期成岩等 , 主要与一些微生物功能群 (f unctional gro up ) 有 关 (Strom , 2008; Kalyuzh 2 naya et al . , 2008; Langenheder and Prosser , 2008) 。 无论是现代还是地质时期 , 自养微生物与异 养微生物 、 好氧细菌与厌氧细菌 、 、

, 是研究微生物 。 含有机质岩石形成过程中 的古生产力 、 古氧相和古埋藏都与不同的微生物功 能群有关 。 不同地质环境形成的含有机质岩石又记 载了不同微生物功能群的不同生物地球化学循环和 地球生物学过程 。因此 , 查明不同地质环境含有机 质岩石形成过程中微生物功能群的地质学意义是地 球微生物学研究的关键科学问题 。

微生物功能群属于生命科学研究的内容 , 目前 已经掌握大多数微生物群落的生态学功能 。 这些微 生物功能群的地质学意义 , 即在地质过程和历史时 期的作用则是地球科学的关注点 。 “不同地质环境 微生物功能群的地质学意义” 体现了生命科学与地 球科学的交叉 , 把生命科学比较成熟的知识用于解 决地球科学领域的实际问题 。例如 , 蓝细菌的重要 功能是进行光合作用产生氧气 , 而它的地质学意义 在于使地球大气圈和水圈变成富氧圈层 , 导致真核 生物的出现并维持需氧生物的生存和发展 , 而其有 机物在一定环境条件下又可以保存形成含有机质岩 石 。 因此 , 地球生物学需要研究蓝细菌存在的依据 、 地球成氧作用发生的时间 、 蓝细菌微生物岩如何成 烃等问题 。 这就体现了生命科学 (蓝细菌的功能 ) 与 地球科学 (成氧作用及其发生的时间 、 成烃条件 ) 的 联系 , 是一种典型的地球生物学研究 。

地球微生物功能群的地质学意义可以分解成两 个层面上的科学问题 。 一是不同微生物功能群是如 何响应 、 反馈各种地质环境事件的 。 例如 , 蓝细菌对 地质时期水体富营养化过程的指示 , 绿硫细菌对地 质时期海洋透光带出现 H 2S 的指示 (Grice et al . , 2005) 等 。 二是不同微生物功能群是如何作用和影 响各类地质环境的 , 它们作用的方式 、 条件 、 结果和 机制如何等 。 例如 , 嗜甲烷菌和硫酸盐还原菌的共 同作用导致水体底部出现 H 2S , 进而产生厌氧环境 条件 , 出现硫化海洋环境等 。

现代生物学和地学科技已具备了解决第二个困

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难的可能 。 地质历史时期不同层次微生物功能群的 研究是可以实现的 , 地质类脂物分子及其单体同位 素 、 过渡金属同位素 、 沉积组构 (如微生物诱发的沉 积构造 M ISS ) 以及一些控制实验等方法和手段可 以帮助我们了解地质时期的微生物功能群及其地质 作用 。 这里重点谈两方面内容 。 作为研究地球微生 物学过程的重要方法 , 分子地球生物学在生命起源 和生 物 演 化 (Olcott et al . , 2005; Love et al . , 2009) 、 地球环境变化 (Hinrichs et al . , 2003;J en 2 kyns et al . , 2004)

均发挥了出色的作用 ,

实现的 。 ,

(自养微生物 /异养 微生物 ; 好氧微生物 /厌氧微生物 ; 蓝细菌 、 硫细菌 、 甲烷菌 、 硫酸盐还原菌等 ) (谢树成等 ,2007) 。烃源 岩因富含源于微生物的类脂物分子而成为分子地球 生物学研究的关键载体 。实际上 , 国际上最广泛的 分子地球生物学 (分子有机地球化学 ) 工作大都是围 绕烃 源 岩 等 富 有 机 质 地 层 展 开 的 (Y ounes and Philp , 2005) 。 当前分子地球生物学已经深入到原 子水平 , 即地质类脂物的单体碳 、 氢等同位素组成 , 可以从分子和原子等不同水平上分别提取微生物学 及其环境条件的信息 。例如 , 一些地质类脂物单体 碳同位素与嗜甲烷菌的关系等 。

现代生命科学的现场调查和室内模拟实验为探 索和部分再现碳酸盐岩 、 泥质岩等含有机质岩石的 地球微生物学过程指明了方向 。 例如 , 泥质岩 (沉积 物 ) 中有机质可以通过多种形式保存下来 , 如由粘土 矿物形成的纳米级空隙 (Zimmerman et al . , 2004; Curry et al . , 2007) 、 低渗透有机质 2粘土矿物集合 体 (Rot hman and Forney , 2007) 、 由粘土矿物表面 催化作用造成的有机质聚合和在 2∶ 1型含水层状 粘土矿物结构层中保存 (Kennedy et al . , 2002) 。 但是 , 以这些形式存在的有机质最终能否保存下来 , 关键取决于成岩早期微生物与粘土矿物间的相互作 用 (Horsfield et al . , 2006) 。 实验模拟氧化作用带 、 硝酸盐还原作用带 , 铁锰还原作用带 、 硫酸盐还原作 用带 、 甲烷形成带不同微生物功能群和粘土矿物的 相互作用 , 将有助于了解成岩早期水 2沉积物界面及 其以下的微生物和粘土矿物的相互作用 , 从而查明 控制有机质保存的地球微生物学过程 。 地球科学领 域的一些技术为示踪微生物的地 质过程 创造 了 条件 。

此外 , 过渡金属元素的同位素 (如 Fe ,Mo 等同 位素 ) 为探讨微生物与各类环境的相互作用提供依 据 。 活性铁 、 铁同位素组成和铁矿物的磁学性质可 以帮助了解地质时期诸如现代海洋中铁与生产力的 关系 、 或生产力与环境的关系 、 环境条件等信息 (Daup has et al . ,2004) 。

、 古氧 et ) 。

4. 1　 古生物学与时俱进的必然趋势

古生物学成为一门自然科学 , 已有 300年历史 , 传统的 paleontology 是 paleo 加 ontology 。 Onto 意 为存在本体或有机体 (如 ontogeny 意为个体发育 ) 。 这时研究的主体是分类学 。 20世纪 60年代板块学 说兴起后 , 对古生物学有两大方面的影响 。一是促 使古生物学家从全球角度和生物学观点看化石的时 空分布 、 演化 、 生态 、 功能 ; 二是 ODP 等海洋探测促 进了微古生物学的蓬勃发展 。这一阶段出现了 pa 2 leobiology , 它是 paleo 加 biology , 已经从个体分类 研究走向地史学 (paleo 2) 和生物学 (biology ) 的结合 交叉 。 1972— 1974年间 , 主要古生物学杂志中非 分类 学 论 文 的 比 例 巳 占 到 40%(Fairbridge and J ablonski , 1979) , 出现了 《 Paleobiology 》 , 《 Palaeo 2 geograp hy , Palaeoclimatology , Palaeoecology 》 等 刊物 。 20世纪末至 21世纪初 , 随着地球系统科学 的兴起 , 出现了地球生物学 geobiology , 它是地球科 学 (geo 2) 与生物学或生命科学 (biology ) 的结合交 叉 。 它继承了古生物学 , 但在学科涵义上超越并包 含了古生物学 。从 paleontology 到 paleobiology 再 到 geobiology , 这是一个继承过程 , 因为系统分类 研究永远是一切交叉学科的基础 ; 但这更是一个由 描述到综合交叉 , 由单学科到二级学科交叉再到一 级学科交叉的超越过程 (谢树成等 ,2006) 。可以预 见地球生物学将为古生物学研究带来深远影响 , 开 辟广阔前景 。

4. 2　 地球生物学将为古生物学开辟广阔前景 迄今为止的古生物学和生物地层学多以稳定地 台 “ 正常沉积” 为主要载体 。离开了这个主要舞台 , 在广大的活动沉积区 (复理石 、 混杂堆积 、 洋壳堆积 区 ) 和哑地层区 (红土 、 风成砂岩 、 白云岩与蒸发岩 等 ) , 传统的化石基本上找不到 , 因而古生物学和生 792

　 第 3期 殷鸿福等 :谈地球生物学的重要意义 　　　　

物地层学难以发挥作用 。 应用地球生物学特别是地 球微生物学的理论和技术 , 已经能够在这些地区发 现分子古生物和化石微生物及其活动记录 , 从而为 古生物学和生物地层学创造了新的应用领域 。 迄今为止的生物演化史基本上是 6. 5亿年以来 以显生宙为主的历史 。 从 35亿年到 6. 5亿年 , 占整 个生命历程 5/6的生命史基本上是一片空白 。 即使 这 1/6的显生宙 (为主 ) 的生物史 , 也基本上是一部 帝王将相的历史 。 三叶虫 、 菊石 、 恐龙等统治性生物 及其配角门类轮流上台又下台 ; 而养育了它们 , 真正创造了历史的 、

叶 、 占生物量 98%—

见经传 。

灭亡 , 。我们谈论辐 射和灭绝只能就事论事 , 原因可以提出十几个 , 甚至 归咎于外星体撞击 , 但总是说不到根子上 。地球生 物学提供了新的视角和技术方法 , 使我们能把生命 演化的历史大幅度回溯 , 与地球演化史耦合 ; 能把研 究范围向生态体系和食物链的基层去深入 。 这样就 不仅可以逐渐恢复生命演化史的全貌 , 而且也参与 了创建地球演化史的过程 (例如早期生命演化与地 球二次成氧事件及元古代以来海洋化学史 、 沉积史 的关系 ) 。

迄今为止的古生物学以地史上的活生命体为对 象 。 虽然它包含了古埋葬学 , 但由于涉及的埋葬群 生物量很小 , 其研究限于解释地球过程对埋葬群的 影响 , 而不涉及埋葬群对地球过程的影响 。构造活 动 、 岩浆活动 、 沉积剥蚀造就了地质事件 , 创建了地 质历史 , 而古生物只是被动地适者生存 、 不适者亡 。 因此在构建地质过程中 , 构造地质学 、 岩石学 、 沉积 学唱主角而古生物学唱配角 。现在 , 地球系统科学 把生物过程与物理 、 化学过程并列为地球系统的三 大基本过程 。 陆地植物 、 生物礁和微生物这三大生 态系统积极参与了地球的碳 、 硫 、 氮循环和成岩成矿 (煤 、 油 、 气 ) 。 地球生物过程参与了整个地表过程以 至某些深部过程 , 古生物学不再是旁观者或被影响 者而是参与者和影响者 。 这就大大拓展了它的用武 之地 。 现在已经证实 , 在温度 =60℃ , Ro ≤ 0. 5以 下 , 存在着强烈的地微生物活动 ; 在早期成岩作用的 4个阶段 (氧化分解阶段 , 硝酸盐还原阶段 , 硫酸盐 还原阶段 , 甲烷形成阶段 ) 中 , 微生物活动都起着主 要作用 (Meyers et al . , 2005) 。沉积学中的白云岩 形 成 之 谜 , 很 可 能 就 由 微 生 物 活 动 来 解 决 了 (S ánchez 2Rom án et al . , 2008) 。

古生物学参与国民经济主战场和国家社会经济 建设目标的任务 , 传统地是通过生物地层学工作来 完成的 。 随着大规模区域地质填图工作的逐步完 成 , 急需开辟新的参与途径 , 而这可以通过地球生物 学工作来提供 。 大部分化石能源 (煤 、 油 、 气 ) 和许多 沉积矿产 (如锰结核 ) 的形成 ,

, (包括生物地 )

、 锌 铜 、 ) , 与含矿有机 , 。对这些过 , 因 而有参与作出贡献的很大空间 。 例如提出地球生物 学正演方法 , 用地球生物相参数来对我国广泛分布 的高成熟 — 过成熟烃源岩重新评价 , 已经初步得到 了应用和好评 (Xie et al . ,2007b ; Y in et al . ,2008) 。

5　 小 　 结

地球生物学是地球科学与生命科学交叉形成的 一级学科 , 它研究作为地球系统三大基本过程之一 的地球生物过程 , 即生物圈与地球圈层的相互作用 。 不仅是地球影响生物圈 , 而且生物圈也影响地球系 统 。 这种相互作用或影响 , 从地球历史早期到现在 , 是一直在协同地 、 耦合地进行着 。生命与地球环境 的协同演化是地球生物学的核心 。

地球生物学发展的重点是地球微生物学 , 因为 宏体生物虽能反映地球环境对它们的影响及它们对 环境的适应 , 但除植物外 , 它们对环境的影响有限 。 生物圈与地圈双向的相互作用必须从地球微生物学 研究着手 。 生命科学和整个自然科学都在向微观发 展 , 不断形成新的理论和技术方法 。古生物学不能 停留在以古动 、 植物学为主的阶段 , 而要与生命科学 和整个自然科学保持同步发展 。 现在我们已经找到 了解决微生物与地质研究结合的两大困难的途径 。 微生物功能群的地质学意义是研究地球微生物学的 突破口 。

地球生物学是古生物学的继承和超越 。 分类系 统学将继续是研究的基础 。 但是包含了传统古生物 学的地球生物学在学科内容和技术方法上将与物 理 、 化学 、 生物等学科有更多的交叉融合 。 其结果将 使古生物学在时间上更前溯 , 在空间上更开拓 ; 为古 生物学在地球系统科学研究和为国民经济主战场服 务中开辟更广阔的前景 。

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致谢 　 本文思想的形成得益于基金委地学部的 倡导 , 得益于 2005— 2007年期间我国地质 、 古生物 学界和生命科学界同仁通过双清论坛等形式组织的 多次讨论 , 也是中国地质大学古生物学地史学群体 多年来集体智慧的结晶 。因此它是一项集体成果 , 谨以此文表示我们对中国古生物学会成立 80周年 的庆祝和今后的展望 。

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ON THE SIGNIFICANCE OF GEOBIOLOG Y

YIN Hong 2f u 1) , XIE Shu 2cheng 2) , TON G Jin 2nan 1) and SHI Xiao 2ying 2)

1) Key L aboratory of B iogeolog y and Envi ronmental Geology of Minist ry of Education , China Uni versit y of

Geosciences , W uhan 430074, China , h f yi n @cu g. edu. cn;

2) S t ate Key L aboratory of Geological Processes and Mineral Resources , China Universit y of Geosciences , W uhan 430074, China

K ey w ords 　 Coevolution , geomicrobiology , geological significance of microbial functional groups , inherit and surpass

paleontology

003古 　生 　物 　学 　报 第 48卷 　　　　　　

Abstract

Geobiology is t he 1st order interdisciplinary st udy between geo sciences and bio sciences.

It

st udies one of t he t hree basic p rocesses of t he eart h system , t he biological p rocess , which is t he inter 2action between bio sp here and ot her sp heres of t he eart h. Thus , it deals wit h not only t he eart h ’s in 2fluence on t he bio sp here , but also t he sp influence on t he eart h mut ual and of life on eart h. The n between life and t he eart h ’s environment is t he core of geobiology.

The develop ment of geobiology is emp hasized on geomicrobiology. Macro 2organisms are capable of reflecting t he influence and cont rol of t he eart h ’s environment on t hem and t heir adaptation to t he environment , but except t he flora , t heir influence on t he environment is limited. The bilateral inter 2action between bio sp here and geosp heres has to be st udied t hro ugh geomicrobiological research. Mi 2

cro scopic st udy is a general tendency of biosciences

and nat ural science as a whole , t hrough which new t heories , techniques , and met hods are developed impet uously. Paleontology should not stagnate at t he stage dominated by paleozoology and paleobot 2any , but should keep wit h biosci 2ences and ural We have t he difficul 2st udy of microbiology geological significance of micro 2unctional group s would be t he breakt hrough point of geomicrobiological research.

Geobiology inherit s and surpasses paleontolo 2gy. Taxonomy will still be t he basis of t he st udy. However , geobiology , t raditional paleontology in 2cluded , will increasingly interchange and merge wit h p hysics , chemist ry , biology , and ot her disci 2plines t heoretically and met hodologically. As a re 2sult , paleontology will recall far back in time and extend far beyond in space. A broad perspective is opened for paleontology in t he st udy of eart h sys 2tem science and it s service to society at large.

属名改动

我在甘修明 、 殷鸿福 (1978, 参见 :甘修明 , 殷鸿福 ,1978. 中生代瓣鳃纲 , 西南地区古生物图册贵州分 册 (二 ) 。 北京 :地质出版社 。 305— 393页 , 图版 109— 126) 一文的 375页 、 376页 , 图版 123图 2— 5, 建立并 描述了一个双壳类新属 Qua d rati a 。 现承方宗杰同志指出 :该属名是长身贝类 Quad rati a Muir 2Wood and Cooper , 1960(Mem. Geol. Soc. Amer. 81:161-162) 的次同名 。 也是蛾类 Qua d rati a C áp use , 1973(In 2secta :Coleop horidae ) 的次同名 。现将此属改名为 Quad rati m y op hori a 。特函贵编辑部 , 希借贵刊一隅之 地 , 向同行们告知这一改动 。

(殷鸿福 )

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03　 第 3期 殷鸿福等 :谈地球生物学的重要意义 　　　　

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