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追寻生命演化历程、重建地球历史是人类永恒的主题。化石及其赋存的地层沉积是研究地球和生命演化历史的基础。近年来,古生物学和地层学通过与其它学科的交叉合作,不断发现新的研究材料、积极拓展与环境背景相结合的研究领域,取得了一系列新的进展,在当代自然科学领域中发挥了不可或缺的作用。根据国内外本学科发展的特点,实验室将有限的人力和物力集中在具有关键性、前瞻性和综合性的若干国际前沿领域,以获取高水平成果、培育高质量人才和解决国家矿产资源勘探中的基础地质问题作为实验室发展的首要目标。实验室的主要研究方向和目标如下:

1.综合地层学

      《国际地质年代表》是地质工作者学习、研究和交流的共同语言,是地质学领域的基础。一方面,建立全球界线层型剖面和点位(金钉子),即在全球范围内选择一个最佳的特定岩层序列中的特定点,作为定义和识别某条年代地层界线的全球标准,从而为建立全球统一的《国际地质年代表》,为研究地质和生命过程提供标准的“时间参照系”。“金钉子”的确立,体现了一个国家地层学研究的综合实力和整体水平,代表着国家的荣誉。另一方面,国际地层委员会同时推动“后层型”研究,即利用多学科交叉手段包括生物地层、岩石地层、年代地层、化学地层、同位素测年和磁性地层等,以更精确、更综合的方式解决全球高精度地层对比问题。继续“金钉子”的创建、开展我国已建“金钉子”的“后层型”研究是近期实验室的重要工作。

2.早期生命演化

      发生在元古代至寒武纪早期的真核生物起源、多细胞生物起源和早期辐射是地球早期生命演化史上“里程碑”式的演化事件。中国南、北方新元古代地层出露完好,所产化石类型丰富,保存独特,多个化石库是该时期世界同期地层中独一无二的,是我们认识和了解真核生物圈早期演化的重要实证。

      通过化石生物学、沉积岩石学和地球化学等多学科交叉手段,利用传统古生物学与同步辐射三维成像等新技术相结合,对我国最具特色的早期生物化石资源和连续沉积岩层进行综合研究。重点开展新元古代大冰期之前的微体真核生物化石组合,埃迪卡拉纪的蓝田生物群、瓮安生物群、埃迪卡拉生物群,寒武纪早期的小壳动物群、澄江动物群、关山生物群和凯里生物群等一系列特异埋葬生物群的化石生物学和沉积环境研究,旨在深入了解真核生物起源、多细胞生物起源和早期演化的过程以及背景机制。

3.古生代海洋生物演化

      寒武纪大爆发以后的2.5亿年间,地球海洋生物群发生过多次重大更替,每次都表现为大辐射或大灭绝。其中,奥陶纪生物大辐射是寒武纪演化动物群逐渐消亡、古生代演化动物群起源与早期演化并逐步取代前者在海洋生态系统中霸主地位的关键事件;奥陶纪末和泥盆纪晚期的大规模集群灭绝事件是古生代演化动物群发展过程中的标志性事件;石炭纪—二叠纪包含了显生宙以来地球生命系统最长的稳定发展期,又经历了地史中最严重的生物灭绝事件,还伴随有全球规模的大冰期、联合超大陆的形成与裂解等环境事件。重点研究古生代海洋生物演变中的重大事件,主要包括寒武纪生物群的消亡、奥陶纪大辐射、奥陶纪末大灭绝及其后的残存与复苏、泥盆纪晚期以及二叠纪末的大灭绝等,并着力探索这些重大生物事件的背景机制。

4.陆地生态系统的形成和演化

      早古生代植物成功登陆是生物演化史上的重大事件。植物登陆后对陆地进行改造并建立起原始的陆地生态系统,为动物相继登陆和繁衍提供了必要的生存环境,最终演化成现今复杂的陆地生态系统。陆生生物的出现和发展,不仅为地球生物圈增添了新的内容,同时也对陆地岩石圈的表层结构和大气圈进行了改造。研究陆地生态系统的起源和演化过程,对于了解整个地表圈层的演变具有重要意义。立足我国丰富的陆相地层和化石资源,重点开展陆生植物起源和早期演化的研究,探索陆地生态系统的形成过程;开展重要陆生生物类群研究,揭示陆地生物圈的面貌和演化历史;开展中生代陆生动植物研究,探讨现代陆生生态系统的起源和早期演化。

5.重大生物演化事件的环境背景

      生物与环境的相互作用伴随着地球生命演化史,生物演化与大气圈、水圈、岩石圈的演变休戚相关。关键生物类群的起源以及生物大规模的辐射、灭绝和复苏是地球生命的重大演化事件,它们的发生和发展有着特定的、复杂的环境背景。利用化石生物学、古生态学以及沉积岩石学和地球化学方法,在高精度年代地层的框架下,探讨生物多样性的演变规律和重大生物演化事件的背景机制。化石记录与分子系统学的综合研究将构筑现代生物学与古生物学之间的学科交叉的桥梁,是系统生物学、进化生物学和古生物学跨学科交叉研究的重要探索。通过谱系年代学和构建系统树的方法,探索重大生物演化事件和重要生物类群起源和辐射模式。这些既是实验室重要研究方向的拓展,也是实验室从基础古生物学和地层学到综合交叉研究的重要体现。




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