文档介绍：项目名称:
四亿年以来中国陆地生物群演变及其与环境的关系
首席科学家:
周忠和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所
起止年限:
-
依托部门:
中国科学院
一、关键科学问题及研究内容
本项目重点解决以下四个关键科学问题:1) 地史时期陆地生态系统中植物、昆虫和脊椎动物协同演化的机理;2)地史时期植物群群演变与环境变化的耦合关系;3)主要陆生生物类群的起源、演化和分布及其与重大全球构造运动及古地理变迁的关系;4) 重要升温和降温事件对中、新生代陆地生物群演化的影响。
主要研究内容包括:系统建立并不断完善中国陆相地层年代体系,解决全球性和区域性地质和生物事件对比的难题,在与各国的研究竞争中建立该体系的亚洲标准;研究4亿年以来中国主要陆地生物群的构成以及重要生物类群起源和演化的规律;研究地史时期气候事件(如升温和降温事件、干旱化等)对陆地生物群演化的短期和长期效应,重大地质事件(构造运动、火山活动等)与古地理变迁等对生物起源、扩散和生物区系形成和演化的影响,目标是理解四亿年以来陆地生物群的演化及其与环境变化的关系。
围绕以上设定的几个关键科学问题,具体研究内容包括以下方面:
1、植物登陆以来中国重要时段植物群演替过程及其与环境变化的关系
植物无疑是陆地生态系统形成的先驱,为随后登陆的动物创造了全新的生存环境。,植物完成了真正意义上的登陆过程,标志着陆地生态系统的形成和陆地生物多样性的开端。随后,植物开始逐渐占领更加广阔的陆地生态域,为陆生动物开辟了生存空间,并不断完善和构建着陆地生态系统。
志留-泥盆纪是陆地生态系统中植被繁衍并占据不同生态环境的关键时期。依据中国的材料,探索研究植物登陆过程,系统分析志留-泥盆纪各时段植物群总体面貌、各类植物类群演变过程以及相互关系,利用植物群、类群演替和植物特征(生态类型、气孔和解剖)结合同时段不同植物类群和不同时段同植物类群植物原位保存有机碳膜的碳、氧同位素分析结果,研究植物占据不同陆地生态系统的过程和与环境变化的相关性。
石炭-二叠纪植被茂盛程度达到了有史以来的最高峰,全球发育有四大植物群,同时,该时期是全球重要的成煤期。晚石炭世-二叠纪是我国北方重要的成煤时期,同时也是我国特有华夏植物群的繁盛期。系统分析和研究中国及邻区特有华夏植物群的起源、演变和消亡历程,重点研究华北晚石炭-早二叠世成煤植被面貌,系统解译植被更替过程和不同植物类群变化特征,利用原位保存植物材料,系统分析主体成煤植物的类群,揭示植被演替与环境变迁的相关性。
大约在1亿年前后,一度繁盛的裸子植物开始衰退,在中生代发生的被子植物开始大量出现,并且逐渐在陆地生态系统中占据主导地位,构成了现代植被的主体植物类型。通过中、新生代植物化石的研究,分析部分时段(如中侏罗-早白垩世)植物群的构成和变化,探查中、新生代裸子和被子植物的宏演化规律。利用部分时段中国的丰富材料,系统揭示部分时段(如中新世)内植被面貌和更替过程,利用叶相分析法和共存分析法,开展古气候(如年平均温度、年降雨量等)演变系统,探寻环境演变及植物群演替的关系。
在地史时期中,大气CO2、O2浓度经历了动荡演变过程。植物对于地球大气中CO2、O2浓度变化十分敏感,植物繁盛也会直接改变或影响大气中CO2、O2浓度总体变化。重点研究中、新生代部分时段植物类群的气孔密度,通过函数关系分析,重建部分时段古大气CO2浓度; 结合古植被资料,分析大气CO2浓度演变过程及其与植物演化的关联性。依据中国不同地区地史时期植物多样性演变特征,重点分析中国不同地区植物多样性总体演变趋势及其与大气中CO2、O2浓度总体变化的耦合关系。
重点研究内容包括:1) 中国志留-泥盆纪、晚石炭-早二叠世、中侏罗-早白垩世以及中新世等时段的植物群演变过程;2)利用古生物学数据库,结合本项目的研究结果,研究中国地史时期植物多样性总体演变过程,揭示其总体演变规律;3)分析部分地史时段植物群演变与环境变化(如大气CO2、O2浓度等)的耦合关系。
2、脊椎动物登陆与早期演化过程
泥盆纪是鱼类的时代,也是脊椎动物登陆的关键时期。-,与泥盆纪快速增氧事件相对应,从肉鳍鱼类的一支—四足形类演化出了最早的四足动物,由此揭开了陆地脊椎动物演化的序幕。石炭纪以后,随着成煤植被的盛衰,现代滑体两栖类与羊膜动物的祖先开始登上演化的舞台,陆地脊椎动物的多样性逐渐增加,先后出现了初龙类、原始兽孔类等早期重要类群,为现代爬行类与哺乳动物的起源奠定了基础。我国在志留纪-三叠纪这一时段(尤其是泥盆纪、中二叠世到中三叠世)具有得天独厚的脊椎动物化石资源优势(门类较为齐全、出现时代早、原始类型多),为研究脊椎动物登陆与早期演化的详细过程提供了可能与保障