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　　4生命矿物响应环境变迁的研究方法
　　4.1用于环境及其变迁研究的生命体和生命矿物的选择
　　利用生命矿物研究环境及其变迁时，选择合适的生命体和生命矿物，会起到事半功倍的效果。笔者以为，以下几点可以作为选择的基本原则。
　　(1)“贯通性”原则。从本质上说，生命矿物对环境的响应与地质体中矿物的环境标型是一码事。在地质体的矿物标型研究中，我们通常选择若干种在整个地质作用过程不同阶段中均有出现的矿物作为研究对象，这种矿物被称为“贯通性矿物”。选择贯通性矿物进行研究，能够阐明地质作用的整个过程及其变化，是矿物标型研究的重要方法。为了研究与生命体和生命矿物相关联的环境及其变迁，也应当尽可能选择‘贯通性的生物”或“贯通性的生命矿物”进行研究，才可望取得预期的效果。例如，石英族矿物几乎是各种地质作用的产物而在不同地质体中广泛出现，是地质体中的“贯通性矿物”，研究金矿形成过程的信息时常常以石英为对象，能够得到成矿早期、中期和晚期成矿流体和成矿物质性质的信息。某些生物出现在世界的很多地方,可称为“贯通性生物”。例如，在淡水生物中，鲤鱼广泛分布在地球不同区域陆地水体中，除了温带的各大陆外，它在寒带的极地和热带的赤道、炎热夏季的浅水池塘和稻田或低至摄氏零度的水域也都能够存活，是典型的广温性生物，可称为“贯通性水生动物”。选择鲤鱼体中的生命矿物进行淡水环境的研究，不会受到地域的限制，是一个合适的研究对象。生物和生命矿物的贯通性还反映在生物对食物的非选择性方面，即生物的“通吃性”。如果生物对食物的选择性特别明显，生物体中的矿物就不能更全面地反映环境中各种食物中蕴含的环境信息。鲤鱼是一种典型的杂食性生物，它既可吞食轮叶黑藻、苦草等水生植物，还可摄食螺、蚬、淡水壳菜、水生昆虫的幼虫、虾和小鱼等，因而其体内的矿化能较全面地反映水环境的特征。从这个意义上来说，鲤鱼体的矿化也是淡水环境研究的合适对象。
　　（2）灵敏性”原则。成因矿物学研究表明，石英族矿物在不同地质体乃至同一地质体不同阶段均可显示明显的差异，能够给出这些地质体的形成条件和演化过程的信息，对其形成过程中的流体介质的性质更有灵敏的指示作用，石英矿物中这种能够反映其成因信息的特征被称为“标型特征”。矿物的标型特征包括形态、成分、结构、性质、谱学等许多方面，各种特征反映成因的灵敏性不可能完全相同，因此，选择灵敏的标型特征是成因矿物学研究的基本要求。研究生命矿物对环境的响应，也要注意选择能够灵敏反映环境信息的标型特征。我们在制定研究鲤鱼耳石对水体中微量元素多寡的响应工作模型时，借鉴了地质成矿作用中不同阶段石英在微量元素、热发光参数等方面所表现出来的灵敏的标型性，即主成矿阶段石英中的微量元素种类较多，含量较高，从而导致其热发光曲线最复杂，发光强度和半高宽一般最大;成矿早期和晚期石英的微量元素种类和含量较少，因而其热发光曲线较简单，发光强度和半高宽较小。由此笔者预计，如果水体中元素种类多且含量高，生长于其中的鱼类耳石中也应有含量较高的相应的元素存在，也应导致其热发光曲线较复杂并显示较高发光强度和较大的半高宽。实验结果显示，热发光确实能灵敏地反映耳石和水体中元素的状况。笔者还从医学上常用、近年在古生物学上也开始使用的计算体层摄影术（compu-tedtomography,简称CT)的工作原理出发，尝试进行了鲤鱼耳石的CT参数测定,结果显示CT参数也是一项较为灵敏的生命矿物环境标型。
　　（3）“统计性”原则。严格地说，研究生命矿物对环境响应所应遵循的“统计性原则”与研究地质作用中矿物标型的统计性原则是一致的。在地质成因的矿物中，欲知某种矿物学特征是否具有标型意义，必须对足够多的样品特征进行比较研究，即进行概率统计学研究后方能判定，根据个别数据就下结论是没有意义的。例如，杨良锋对北京密云水库和河北白洋淀鲤鱼耳石的晶胞参数进行了初步研究。白洋淀鲤鱼耳石与密云鲤鱼耳石的晶胞参数点显示了一定的分区聚集特征;但总的数据点不多，混集的点也存在，因此，仅从上述数据还难以判定鲤鱼耳石的晶胞参数是否可作为标型使用，必须在更多数据基础上进行统计研究才有意义。
　　（4）“周期性”原则。生命过程是具有明显周期性的过程，“明日复明日，明日何其多”就是从自然规律出发反映人的生命周期绵绵不绝的一个名句。正是由于生命的周期性，生命矿物也常常表现出明显的周期性特征。珍珠、珊瑚、人体结核、鱼类耳石等生命矿物载体均显示同心环带状结构，是其生命过程一定阶段矿化作用周期性的表现。其中，鱼类耳石同心环带的生长从鱼孵化后3~4天便开始从其“心”即原基处向外生长，构成日轮、季轮、年轮。同时，鱼的耳石中“日轮”（dailyincrement)的生长从开始之日起便伴随鱼此后生命的整个过程，几乎是鱼生命历程的全记录。研究生命矿物，要充分利用其周期性，提取生物生命过程中的环境信息，追索生物活动过程中的环境变化，变静态研究对象为动态研究对象，变静态研究结果为动态研究结果。利用周期性研究生命矿物时，一定要注意此周期不同于彼周期，生命矿物的各个生长环带彼此间并不完全相同。精细分析各个环带间宽窄大小、矿物组成、化学成分、物理性质、谱学特征等等方面的差异，才能揭示生命矿物生长过程中环境的变化。应当说明，并非所有生命矿物都能显示周期性特征。因此，在同一生命体中寻找用于研究环境变化的生命矿物时，要优先考虑选择发育环带结构的生命矿物;还要首先对环带所指示的时间坐标、空间坐标进行正确的标定。
　　4.2生命矿物响应地域变迁的研究方法
　　一般说来，生物都有生活在一定地域范围内的趋势，因此便有了种群之分。对于同一类生物不同种群的划分，是生物学上一个重要的研究方向，也是某些生物生产管理的重要内容。从生物体中的矿物出发，研究生物的地域性及其种群，就是研究生命矿物对生物生活地域和种群变化所作出的响应，包括生命矿物的宏、微观形貌、主微量化学成分、晶体结构参数和空间群、物理性质及谱学特征等等方面的变化。
　　有一些生物，其生活的地域在一定的阶段有所不同，表现了一定的迁徙习性。对于此类生物，研究其生命矿物，可能揭示其迁徙的时间和空间，是既有生物学意义也有环境学意义的课题。
　　研究生命矿物响应生物生活地域及其变迁，有以下一些方法学方面的问题需要注意。
　　(1)甄别矿物学特征变化的影响因素。生命矿物特征的变化是绝对的，这种变化性反映在上述形貌、成分、结构、物性等等许多方面。同时，能够引起矿物各种特征发生变化的因素又是多方面的。例如，生物活动的地域和地域性地理气象因素、生物活动地域的偶然性因素如人为的环境污染等。详细甄别哪些矿物学特征的变化与这些因素中的地域性因素有关，是研究生命矿物对地域和地域变迁响应的基础。因此，数学地质中常用的相关分析、聚类分析、因子分析、特征分析等是甄别矿物学特征变化影响因素的主要方法。
　　(2)加强矿物与生物几何学观测与协同关系研究。从人类种群的特征来看，人体内矿物或矿物载体的外在的宏观的几何学参数对地域的响应非常明显。其他生物及其体内矿物的发育情况与人类和人体矿物的情况类似，由于长期适应一定地域的地理气象条件，生物的基因也便形成了特定的地域模式而在其生物和生命矿物的几何特征方面表现出一定的协同关系，正如本文3.1节所给出的若干实例一样。为此，从对生物体和生命矿物几何学特征及其比例或协同关系的观测计算来研究生命矿物对地域的响应可能是一个有效的方法。对于迁徙性生物及其矿物而言，由于迁徙前后一般不至导致基因的突变，也不至导致生物体和生命矿物几何学特征的突变，因此，从几何学上探索其迁徙的时间和空间，恐怕不易奏效。但作为迁徙类生物，它长期适应其特定阶段的迁徙习性，也可能形成不同于定居性生物的生物体和生命矿物的几何特征，也有必要研究其生物和矿物的几何学及其协同关系。