现代地层学

较有意义的是利用氨基酸的校旋性来测定地质体的年龄。另外，一些大的生物事件发生 往往伴随有特征性分子化石的出现，据此可以判断大致的地质年代。
子
地
信息。还有两个方面的依据：一方面，不同的沉积环境有着不同的生
层
物类型，组合、或者生物群落，这些差异体现在沉积物的分子化石组 合上。另一方面，一些生物尤其是微生物在不改变属种的前提下，通
学
过改变自身的脂类组成来适应气候环境的变化，从而使分子化石能够
指示这种气候环境变化。 转换途径 所有的生物有机分子离开生物体后,都会发生或多或少的变 化,这些变化与地质体的气候环境等条件以及时间因素有关。因此,分子 化石可以为分子地层工作提供定年以及气候环境等方面的信息。
④信息丰富性：最后 ,分子化石具有多个系列的同系 ②定量的准确性： 分子化石的定量比较准确 ,许多有实际地质意义 ③应用的指纹性：生物实体化石属种的确定主要是基于形态学研究 ,是形态种。分子
分子地层学的原理简介
分子地层学主要是利用地质体中的各类分子化石来划分、
对比地层。分子化石在地球科学乃至环境科学中有着广 泛的应用,但不管是哪类分子化石(古DNA、古蛋白、地 质类脂物等),其地层学用的主要原理实际上是依据分子 化石的生物源信息和其离开生物体后发生的一系列转化
分子化石
分子地层学 的研究对象
分子化石—或称化学化Leabharlann Baidu,是指
地质体中那些来自生物有机体的分子,它们 在有机质演化过程中具有一定的稳定性,虽 受成岩、成土等地质作用的影响,没有或较
少发生变化,基本保存了原始生物生化组分
的碳骨架,记载了原始生物母质的相关信息, 因 而 具 有 一 定 的 生 物 学 意 义 。
①分布的广泛性：分子化石比生物实体 的指标可以借助现代化技术进行定量 ,计算出诸如C3和C4植物的丰 化石容易保存 ,特别是其中的类脂物分子 物,一些分子化石对环境的微小变化反映灵敏 ,另外一 化石主要基于其化学成分和基因 ,是化学种(或分子种)。这两种类型的种不完全相同。 度比值(Huang Yong-song et al., 2001)、木本和草本植物的丰 现代生物学中就有很多形态种不变而化学成分发生变化的例子。在当生物生活环境 度比值、低等菌藻生物高等植物的丰度比值等。同时 ,分子化石往 化石 ,由于其化学稳定性好 ,几乎在所有的 些则可能要受控于植被状况 (其本身也间接地与比较 往是一系列的同系物 ,各种指标可以互相验证、互相补充。虽然 , 条件发生长期微小的变动时 ,与环境有关的某些类脂物将会随之发生变化 ,但不会引 大的环境条件变化有关)。因此 ,一方面,那些与环境有 沉积岩中都可以见到 ,甚至在许多变质岩 孢粉分析也可以统计出木本植物和草本植物的相对变化 ,但它实际 起植物群落或生态系统的取代。只有当环境压力超过了生态系统的缓冲能力时,才会 上是一种统计意义上的数值 ;而且 ,孢粉往往是有许多异地分子的 关的类脂物分子化石将直接记录环境条件的微小变 中还可以存在。这样 , 在那些缺乏其他生 出现植被的变更。某些分子种在反映环境条件变化上可能比形态种更加灵敏 (谢树成、 混入(分子化石有时还可以把异地源和原地源区分开来)。低等菌 化;另一方面,某些分子化石和其他生物化石一样 ,又记 藻生物和高等植物的丰度比值恢复古气候、与全球变化等有关方 物化石的“哑”地层 ,或者在那些有生物 Evershed, 2001)。分子化石在记录全球变化 (环境、气候、植被)方面可能会有更好 面有重要意义,但在一般沉积岩中,要利用其他生物化石计算出该 录了植被景观(以及相应比较大的环境条件的变化 ) 。 的指纹性效果。分子化石作为一种指纹性指标 ,在油气地球化学的油 — 源、油—油对 化石但没有统计意义的地方 ,分子化石还 比值相当困难 ,甚至是不可能的,然而分子化石能够做到这一点。 比研究中得到了最充分的体现。 因此 分子化石可以记录多方面的信息。 能够存在 ,,可以开展分子地层工作。
途径来实现的。
分
生物源信息 地层中的分子化石来源于生物体本身,而不同生物体往往 有不同的生物化学组成。例如高等植物往往具有高碳数的类脂物分子, 而菌藻低等生物往往具有低碳数的类脂物分子,因此,类脂物分子化石可 以反映出沉积地层形成时的生物面貌,特别是植被类型。分子化石的生 物源信息，除了为地层提供生物群面貌信息外，还可以提供气候环境
目前,分子化石的研究已涵盖几乎所有的生物化 学组分,特别是蛋白质（和核酸）碳水化合物、类脂 物和木质素。在这些分子化石中,研究最广泛的是类 脂物、蛋白质和核酸。相比较而言,类脂物虽然携带
的生物学信息较少,但在地质体中要稳定得多,可以在
许多环境中长期存在下来,能够较好地记录地层形成 时的气候环境条件,是分子地层学研究的主要分子化 石。
量,或者是某同系物之间的相对含量(比值)。
研究方法
碳数分布
某个同系物之间不同碳数化合物的相对含量分布情况,包括其
主峰碳(含量最高的那个化合物的碳数)。
单体同位素 指单个分子化石的同位素特征。与传统的同位素
分析相比，单体同位素有比较确切的来源，因而对物源或者气候 环境变得更加灵敏。
揭示生物面貌
在早期生命演化领域的应用地球生命演化的早期，宏体生物尚未出
原
理
含量
某种特定分子化石在某样品中的含量，这是最基本的方法。类脂物
分子一般可以直接采用气(液)相色谱仪、气(液)相色谱-质谱联用仪进行内标
法或外标法定量。需要注意的是,沉积岩中分子化石的含量除受生物源和沉积 环境影响外,还受沉积速率的影响。
相对丰度
在同一样品中某种特定分子化石相对于某些常见分子化石的含
现，而微生物有难以保存为化石。在这种情况下，分子化石可以作为一种重要的工具， 提供一些重要微生物类群首次出现的时间。 重塑古环境，示宗全球过去全球变化 分子化石用途最广泛的领域是在分析沉积环
境及气候条件的变化上。比较典型的例子如利用多环芳香烃的分布特征恢复过去地球历 史上所发生的的全球性火灾时间，利用分子化石及其同位素特征探讨甲烷释放事件等。 确定地质年代 在地质年代历史上，分子化石难以像实体化石那样有很好的作为。比
分子地层学
2014级 勘查技术与工程 戚利荣 郭财 石晓松
分 子 地 层 学 的 背 景 简 介
当前分子地层学研究已涉及蛋白质、核酸、碳水化合物、类脂物和 木质素等多种生物化学组分。在地层中,分子化石具有分布的广泛性、 定量的准确性、应用的指纹性和信息的多样性等特点,其地层学应用的 主要原理是依据分子化石的生物源信息和其离开生物体后发生的一系列 转化途径来实现的,其表述方法可以是含量、相对丰度、碳数分布和单 体同位素特征等。在各类年代学框架下,由这些分子化石参数所揭示的 各类生物事件和环境事件可以成为区域性乃至全球性地层对比的主要依 据。分子地层学与分子古生物学、生物地球化学、有机地球化学密切相 关,它与传统三大地层学分支学科明显不同,目前还没有明确的分子地层 单位,也没有进行广泛的分子地层划分与对比工作。对各类生物事件与 环境事件有重要指示作用的分子地层学,与生态地层学、事件地层学等
地层学分支学科类似,其主要任务是在传统生物地层学或其他年代学框
架下,提高地层划分和对比的精度。
根据地层学的定义以及当前分子地层学所研究 的内容,我们认为,分子地层学应是地层学的一个分 支,它以分子化石的分析为基础,研究地层中各类分 子化石的时空分布和演变规律,以此来恢复古环境、 古气候、古生态,并进行地层的划分和对比,为全球 变化的探讨、沉积盆地的分析和矿产资源的预测服 务。