重大地质突变期生物与环境事件的分子化石记录

随着现代分析测试技术的发展,地质类脂物分子在地球环境和生命过程领域得到了快速的应用。总结了志留纪/奥陶纪、晚泥盆世弗拉期/法门期、三叠纪/二叠纪、侏罗纪/三叠纪、古近纪/白垩纪5次生物集群灭绝期地质类脂物分子记录的生物和环境事件。重点讨论了地质类脂物记录的绿硫细菌和水体透光带富硫化氢事件、甲烷菌与海底天然气水合物释放以及这些事件与生物危机的可能关系。提出了当前的工作应从生物危机向生态危机深入,既能反映生物事件与环境事件的关系,又能体现地质记录和地质过程的结合,这其中,地微生物生态系和陆地生态系工作亟待加强。     

微生物岩研究的发展与展望

概述了微生物岩的定义、研究范围和实用意义；划分了早期启蒙阶段、古生物学派与现实主义（沉积）学派对立阶段、比较现实主义（沉积学）阶段和微生物沉积学阶段等４个研究发展阶段（涉及微生物岩的岩石、微生物、生态系、环境、分类和演化）；介绍了微生物礁丘、热泉沉积和磷铁锰微生物岩等研究热点；指出在构造类型、沉积环境、组成岩石和成因标志等方面的发展趋势；提出当前任务是要分析鉴定微生物岩的细菌化石，微生物成因的结构构造和矿物，标志元素、同位素和生物标志物，以及微生物生态系统和成岩成矿机理.     

地质微生物学中几项最新研究进展

地质微生物学是地质学和微生物学之间的交叉学科,在过去的十几年中已取得了突飞猛进的发展。该研究领域涉及全球许多种极端环境,例如从地下深部结晶岩、古沉积岩、到现代超盐度湖泊、干旱的沙漠和热液喷口系统等。因为地质微生物学进展的综述可能要用一本专著方可阐述清楚,作者在此仅对地质微生物学几个活跃的前缘研究领域进行了综述,包括大陆深部、盐碱环境、干旱沙漠等极端环境中的微生物生态,白云石的微生物成因,古代沉积岩中的微生物古DNA及其环境意义以及海洋地质微生物学等几个方面。这些研究证明了将地质过程和微生物作用联系起来的重要性。     

湖北清江和尚洞洞顶植物叶片和土壤的类脂物对比及其意义

用GC-MS对湖北清江岩溶地区和尚洞洞顶植物叶片与该洞上覆土壤层中的类脂物进行了分析和对比。在植物叶片中检测出了一系列直链烷烃、脂肪酸、以及丙三醇、植醇和甾醇等类脂物,其中直链烷烃的碳数分布范围大体在C21～C36之间,以C29或C31为主峰且具有奇偶优势;脂肪酸的分布主要集中在中、短链脂肪酸内（C数<23）,以C16为主峰呈单峰型分布且具有偶奇优势;醇的分布很不规则,仅检测出丙三醇,植醇和三种甾醇,没有检测到脂肪酮类化合物。与之相比,洞顶上覆土壤层中检测出更加丰富的类脂物。类脂物具有如下特征:正构烷烃以C31为主峰,还存在低碳数正构烷烃和异构烷烃,如2-甲基、3-甲基、4-甲基、5-甲基、6-甲基、7-甲基、8-甲基等一系列的单甲基支链烷烃,这些支链烷烃显示了微生物的贡献;脂肪酸分布也以低碳数的C16为主峰,且低碳数脂肪酸的含量较植物叶片中明显的增加,同时一些异构和反异构脂肪酸（C14∶0,C15∶0和C17∶0）以及一些单不饱和脂肪酸（C16∶1,C17∶1,C18∶1和C20∶1）也被检测到,也表明土壤中的脂肪酸不仅存在高等植物的贡献,还存在微生物的来源;没有植醇,但出现姥鲛烷和植烷并检测到了一系列脂肪醇化合物,碳数分布在C21～C36之间;检测到一系列的酮,具有奇偶优势,碳数分布范围在C23～C30和C33。高等植物叶片和土壤的差异反映了微生物对高等植物类脂物输入到土壤过程的重要贡献。本研究工作不仅提供了该岩溶地区植物叶片的类脂物信息,还为研究土壤有机质的来源和植物叶片中类脂物在地质过程中的转变提供信息,更为研究岩溶地区滴水和石笋中类脂物的来源提供一定的参考。     

微生物地质工程技术及其应用

微生物地质工程技术是将微生物参与的生化过程加以控制和利用,来解决工程地质问题的一类新型岩土体水—力学特性改性技术。研究表明该技术具有低成本、环境友好、低能耗和过程可控的优点,是工程地质界近些年的一个热门研究内容,也是现代工程地质学科的重要发展方向。文章基于当前该技术取得的研究进展,系统总结了能被加以控制和高效利用的三种代表性微生物地质工程技术（微生物成矿作用、微生物膜作用及微生物产气作用）的原理及其应用领域。着重对研究最多、应用前景最广的微生物成矿作用改性岩土体力学特性、渗透特性、抗侵蚀性等工程性质及机理进行了阐述,并深入探讨了影响微生物成矿作用改性效果的关键因素（细菌种类、菌液浓度、环境温度、pH值、胶结液、土体性质及灌浆工艺）。此外,文章还详细论述了微生物成矿作用在地基处理、岛礁建设、防风固沙、水土保持、抗裂防渗、文物保护、地灾防治等领域的应用现状,并探讨了该技术当前面临的主要挑战及未来的重点研究方向。     

极端环境下的微生物及其生物地球化学作用

极端微生物是地球生物圈的重要组成部分。极端微生物的地球化学定位在微生物学与地球化学以及一些相关学科的交叉点上,最近10年已经发展成为地质生物学研究的热门领域。对极端微生物的研究不仅有助于回答生命起源、生命极限、生命本质甚至其他生命形式等生命科学问题,而且其生物地球化学作用在地球系统科学研究中具有重大科学研究价值,对揭示生物圈与地圈协同演化的奥秘、认识生命与环境相互作用规律及地球的化学演化提供重要证据。总结了嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜压菌、嗜盐菌以及抗辐射菌的主要类群,论述了极端微生物适应环境的机制,探讨了极端微生物的生物地球化学意义。作者预测未来将会在生物标志化合物研究、同位素地球化学分析和分子生物学综合研究的基础上协同推进极端微生物地球化学学科的发展。     

病毒与细菌等微生物在地球生物演化史上的作用

病毒与细菌统称为微生物。病毒与细菌之害是生物生存遭遇到的最大的灾害,不仅在人类社会历史上留下了深重灾难,而且在地球生物演化史上也是大灭绝的重要推手。虽然病毒和细菌难以形成实体化石,但却以一种特殊的分子化石成为了侦探地质时期生物大灭绝的神针。本文以地球微生物学为指导,以蓝细菌和绿硫细菌分子化石为例,综合有关研究成果,解读了微生物学、病毒和细菌以及微生物岩的有关知识,帮助人们认识地球生物演化史上二次重要的大灭绝事件。本文还从人类演化过程中的农业革命,阐明了人菌共生关系及带来的启示。     

石油矿床中微生物的地球化学活动性对石油回收的强化效应

油层中微生物的地球化学活动性和生物学研究是促使石油回收率提高的微生物学方法的基础。 在苏联,油层微生物群的研究可以上溯到1926年,那时,在层间水中首次发现有细菌的存在。对这类“新居民”的研究表明微生物在石油矿床中的分布具有某种规律性。研究证明地表水的注入是决定这种生态系统中微生物分布模式的主要因素。在未被水浸的含油地层中或缺乏水交换的油田里通常缺少微生物。这一事实是地质历史中油藏自然存在的原因。地表水所携带的氧气氧化了油层中的烃类,并造成了复杂的微生物食物链起作用的有利条件。     

地质微生物学及其发展方向

地质微生物学是在20世纪末发展起来的新的地学分支,主要研究地质环境中的微生物活动过程及其形成的各种地质地球化学记录。通过对现代及地质历史上的各种地质环境,包括极高温,高压,极端酸性,碱性,高盐度,极高放射性,地球深部等环境中微生物的生存和演化,及其和地质环境的相互作用而形成的各种地球化学记录的研究,探讨微生物在过去、现在和将来对生命活动最重要的元素(C,H,O,N,S,Fe等)在全球或局部尺度上的循环作用,从而对微生物的风化作用、成矿作用、地质环境下的微生物生态链及其环境的研究提供重要的科学证据。微生物与矿物的相互作用、极端环境下的微生物和生态及分子地质微生物学是当前地质微生物学研究的重要方向。     

中国低熟油的几种成因机制

在对国内外文献详尽检索研究基础上，根据对国内９个二级沉积凹陷和５个中、小型盆地的有机地球化学、有机岩石学和同位素地球化学的系统研究，作者建立了木栓质体、树脂体、细菌改造的陆源有机质、藻类与高等植物生物类脂物以及富硫大分子（非烃、沥青质和干酪根）等五种早期生烃形成低熟油的成因机制。     

洞穴地球微生物研究进展

以洞穴内生长的微生物为切入点,着重论述了近年来洞穴地球微生物的鉴定技术,如Biolog全自动微生物鉴定系统、克隆文库测序法、遗传指纹图技术、变性梯度凝胶电泳和温度梯度凝胶电泳、荧光原位杂交法、稳定同位素探针法以及各种技术的利弊,总结了洞穴地球微生物在微生物多样性及其在洞穴堆积物形成作用方面所取得的进展,预测了洞穴地球微生物今后的发展动向。     

真菌的生物地质作用及其在环境修复中的应用

真菌在自然界中作为有机体的分解者、动植物的病原菌和共生菌,广泛分布于地表和土壤环境,并通过一系列生长 及代谢活动,与周围环境中的岩石或矿物基质发生作用,进而影响地球化学过程。真菌的生物地质作用主要包括：真菌促 进下岩石或矿物的风化,真菌诱导下次生矿物的形成,以及与上述过程相对应的营养元素和金属离子的迁移与固定。近年 来,由生物风化发展而来的生物浸取技术,已经在生物采矿、选矿以及受污染土壤和工业垃圾的生物治理等多个方面得以 应用。而将真菌用作吸附剂的生物吸附研究,则显示其能有效祛除工业废水及受污染地下水中所含的金属和有机污染物。 因此,无论是从地球化学循环的角度出发,还是考虑资源与环境效应,研究真菌的生物地质作用都具有十分重要的意义。 文中从真菌生物风化、生物矿化和环境修复等方面综述了真菌生物地质作用研究的最新进展,并对今后的研究工作进行了 展望,旨在加深真菌在地质微生物学作用过程中的认识,促进相关领域的进一步发展。     

赣南淘锡坑钨多金属矿床花岗岩和云英岩岩石特征及云英岩中白云母40Ar/39Ar定年

赣南崇义县淘锡坑钨矿位于南岭东西向构造带东段,属于以黑钨矿石英脉型为主的钨多金属矿床。矿床形成与燕山期中酸性岩浆作用有密切关系,石英矿脉受一组北西向断裂控制,穿切新元古界。本文在淘锡坑钨矿区3个揭露到花岗岩体顶部的中段（206、106、56中段）采集到岩体顶部云英岩样品,利用40Ar/39Ar同位素定年测得云英岩中的白云母的坪年龄分别为152.7 ± 1.5 Ma（206中段）,153.4 ± 1.3 Ma（106中段）,155.0 ± 1.4 Ma（56中段）。与前人用其他方法测定的花岗岩成岩和成矿年龄几乎一致。花岗岩和云英岩全岩稀土元素均具有M型四分组效应和强烈的Eu亏损特征,反映出花岗质岩浆经历了高度分异演化及其岩体结晶晚期流体/熔体相互作用。综合前人在南岭地区同类矿床的研究资料,可知南岭地区160～150Ma成岩成矿作用主要分布于南岭中-东段,可能为大陆边缘弧后岩石圈伸展的构造动力学背景的产物。     

CO2地质封存工程的潜在地质环境灾害风险及防范措施

CO2地质封存技术虽是有效减排CO2和提高石油、天然气等能源采收率的技术手段,但目前该技术尚处于发展阶段.CO2地质封存工程可能诱发一些潜在的地质环境灾害风险,如浅层地表垂向差异变形、可能诱发的断层活化及地震事件、CO2逃逸导致淡水含水层的污染、CO2泄漏富集危害附近人类健康和局部生态系统等.本文分析了上述潜在地质环境...     

生物标志物在海洋和湖泊古生态系统和生产力重建中的应用

海洋和湖泊具有重要的气候环境和生态调节功能。研究地质历史时期海洋和湖泊生态系统的生物群落的组成、结构和演变,将为解决当前面临的环境问题,评估可持续发展提供科学依据。生物标志物具有生物专属性,提供了使我们能够从分子水平上研究地质历史中各种生物演变的工具。本文初步总结了海洋和湖泊生态系统中的生物标志物(烷烃、酸类、醇类、酮类、酯类、甾类、藿类、萜类和甘油四醚类等)的特征和来源。陆生高等植物来源的生物标志物,以长链的烷烃、脂肪酸、脂肪醇和木质素、萜类等较为常见;水生微藻来源的生物标志物有长链烯酮、烷基二醇和高度支链类异戊二烯类化合物(HBIs)等;微生物来源的生物标志物有细菌藿烷多元醇(BHPs)、异形胞糖脂和支链烷烃类等。今后结合生物标志物单体同位素分析和基因、蛋白质组学等现代分子生物学研究,加强不同生物标志物对应的生物种属的生态学研究,古今生态研究相结合,可以为某些生物标志物的分子来源研究提供新的可行途径。本文还综述了生物标志物指标在重建海洋和湖泊生态系统的组成、结构、生产力和营养状况方面的应用。未来的研究将偏向于从定性向定量化重建转变,在海洋研究中应用较成熟的指标将越来越多的被用于湖泊环境中。此外,多指标结合使用将提高重建古生态系统的可靠度。     

21世纪遗迹学热点与前沿:第14届国际遗迹组构专题研讨会综述*

第14届国际遗迹组构专题研讨会于2017年4月29日至5月2日在中国台北台湾大学顺利召开。从会议口头报告、展板、会间和会后野外地质考察以及交流讨论可以看出遗迹学热点与前沿: (1)遗迹化石的系统分类将一直是遗迹学家努力的方向,旨在为古生物学研究提供丰富的行为学资料,并为沉积学、古生态学等研究提供科学、客观和简便的遗迹分类学框架;(2)遗迹组构分析在沉积学中的深入应用,能提供大量传统沉积学、地球化学分析所无法揭示的生物学信息;(3)重大地质事件的遗迹学响应以及遗迹化石的演化古生态学为地质—生命突变期研究提供了独一无二的新素材;(4)地微生物学与遗迹学的结合进行了初步有益尝试;(5)特殊化石行为如求偶行为的报道扩大了深时行为类型;(6)定量形态表征和统计分析是遗迹学研究精细化和定量化的重要途径,通过遗迹组构分析来定量刻画沉积环境因子是遗迹组构研究的重要前景方向。     

Über die Rolle von Mikroorganismen bei der Entstehung und Zerstörung von Lagerstätten

Zusammenfassung Das Forschungsgebiet Geomikrobiologie wird als Grenzgebiet zwischen Mikrobiologie und Geowissenschaften charakterisiert. Allgemeine ökologische und biochemische Voraussetzungen im Bereich der geomikrobiologischen Forschung werden mit Hinweisen auf Möglichkeiten der praktischen Anwendung am Beispiel des geochemischen Kreislaufs von Schwefel und Eisen erörtert.

---

In scientific research, geomicrobiology stands between microbiology and geological sciences. General ecological and biochemical conditions are discussed by pointing out the realm and practical applications of geomicrobiology shown on the example of the sulfur and iron cycle.

---

---

Der Text entspricht dem Vortrag der im Februar 1970 vor dem Symposium des Lagerstättenausschusses der GDMB über Ores and Wallrock in Heidelberg gehalten wurde. Diese Arbeit ist Professor Paul Ramdohr zum 80. Geburtstag gewidmet.     

Assessing biomarker syngeneity using branched alkanes with quaternary carbon (BAQCs) and other plastic contaminants

Biomarker molecules are valuable for the elucidation of ancient microbial ecosystems and the characterization of petroleum source rocks. For such studies, acquisition of reliable hydrocarbon data and proof of their syngeneity are essential. However, contamination of geological samples with anthropogenic petroleum products during drilling, storage and sampling can be particularly problematic because these hydrocarbons may over-print an original indigenous biomarker profile. To evaluate the extent of contamination of drill core and outcrop material, we studied the distribution of hydrocarbons in 26 rocks from different locations in the world. All rocks had petroleum products on their exterior surfaces. Twenty-two samples also contained surficial hydrocarbons derived from polyethylene plastic, including branched alkanes with quaternary carbon centers (BAQCs) and alkylcyclopentanes with pronounced even-over-odd carbon number preference. Using three examples from the Paleoproterozoic Tawallah and McArthur Groups in northern Australia, we show how indigenous biomarkers can be recognized by comparing hydrocarbon distributions between exterior rock surfaces and the rock interior, and how infiltration of allochthonous hydrocarbons can be assessed through the spatial distribution of characteristic polyethylene derived hydrocarbons in the rock. The methods outlined in this paper give confidence in the interpretation of biomarkers in particularly sensitive applications such as the first occurrences of certain organisms in the geological record and the provenance of organic matter in meteorites.     

分子地层学的原理、方法及应用实例

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。以浙江长兴煤山二叠纪-三叠纪界线地层和第四纪泥炭为例,以高分辨率的生物事件与环境事件为切入点,分别探讨在生物地层学或其他年代学框架下的分子地层工作,由此提出了分子地层学的分类单位——分子化石带。