化石（fossil） 保存在巖層中的古生物遺體、遺物和活動(dòng)遺跡.化石一詞源自拉丁文fossillis,意為挖掘.化石是古生物學(xué)的主要研究對(duì)象,它為研究地質(zhì)時(shí)期的動(dòng)、植物生命史提供了證據(jù).中國(guó)古籍中早已有關(guān)于化石的記載,如春秋時(shí)代的計(jì)然和三國(guó)時(shí)代的吳晉,都曾提到山西省產(chǎn)“龍骨”,“龍骨”即古代脊椎動(dòng)物的骨骼和牙齒的化石；《山海經(jīng)》也有“石魚”（即魚化石）的記述；南朝齊梁時(shí)期陶弘景有對(duì)琥珀中古昆蟲的記述；宋朝沈括對(duì)螺蚌化石和杜綰對(duì)魚化石的起源,已有了正確認(rèn)識(shí).迄今,發(fā)現(xiàn)最早的細(xì)菌化石為距今35億年前的澳大利亞瓦拉翁納群中的絲狀細(xì)菌化石.
形成條件 地史時(shí)期的生物,只有一小部分與地質(zhì)環(huán)境相適宜,保存下來成為化石：①生物本身必須具有一定的硬體,如無(wú)脊椎動(dòng)物的貝殼、甲殼,脊椎動(dòng)物的骨骼、牙齒,植物的樹干、葉子和孢子、花粉等；②生物死亡后必須迅速地被沉積物埋藏起來,免遭生物、機(jī)械或化學(xué)作用的破壞；③必須經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的各種石化作用.生物遺體如果是原地埋藏,就比較容易形成完整的化石,如中國(guó)山東臨朐晚第三紀(jì)中新統(tǒng)山旺組中保存大量完好的動(dòng)、植物化石.另一種情況是生物死后的遺體可能經(jīng)受各種搬運(yùn)作用,這些在異地埋藏的化石,一般都有不同程度的損壞,分選程度較好,有時(shí)還有定向排列現(xiàn)象.以生物的遺體、遺跡的埋藏和化石的形成過程作為研究對(duì)象的學(xué)科,稱為埋藏學(xué).
保存類型 化石保存類型一般可分為實(shí)體化石、模鑄化石、遺跡化石和化學(xué)化石.①實(shí)體化石是指古生物遺體本身全部或部分被保存下來的化石,如中國(guó)撫順第三紀(jì)煤層中琥珀內(nèi)的昆蟲化石,是在嚴(yán)密封閉的情況下保存下來的.西伯利亞第四紀(jì)冰期凍土中的猛犸象,是在嚴(yán)寒冷凍的條件下整體保存的.但多數(shù)化石僅能保存生物的硬體部分,而且經(jīng)受了明顯的變化,即石化作用.具有幾丁質(zhì)、幾丁—蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)骨骼中容易揮發(fā)的成分（氧、氫、氮）經(jīng)升溜作用而消失,僅留下碳質(zhì)薄膜,因而又稱炭化作用,如筆石和植物的葉子經(jīng)炭化作用保存下來.生物硬體的組成物質(zhì),部分被地下水溶解,由外來礦物質(zhì)填充代替,就可以保存原來硬體的微細(xì)構(gòu)造,稱為交代作用,如硅化木,其年輪甚至植物細(xì)胞形狀仍能清晰可見.②模鑄化石是指生物遺體在底質(zhì)、圍巖、填充物中留下的印模和復(fù)鑄物.根據(jù)化石與其圍巖的關(guān)系可以分為若干類型,如印痕化石、印?；?、鑄型化石和復(fù)型化石.③遺跡化石是指古代生物生活活動(dòng)時(shí),在底質(zhì)沉積物表面或內(nèi)部留下的痕跡和遺物,如脊椎動(dòng)物的足跡化石、蠕形動(dòng)物的爬跡化石和動(dòng)物的排泄物糞化石或卵化石.廣義的遺跡化石還包括舊古器時(shí)代古人類的勞動(dòng)工具、文化遺物等.④化學(xué)化石是指古代生物的遺體雖然未能保存下來,但組成生物的有機(jī)成分經(jīng)分解后形成各種有機(jī)物如氨基酸、脂肪酸等,仍可保留在巖層中,足以證明古代生物的存在.這類化石叫化學(xué)化石.
研究意義 18世紀(jì)末至19世紀(jì)初,英國(guó)W．史密斯在地層層序律的基礎(chǔ)上,根據(jù)化石的縱向分布建立了化石順序律.這不僅利用化石確定地層時(shí)代,且為生物進(jìn)化提供了證據(jù).古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)地層層位越高,所含化石類別越多,化石的形態(tài)構(gòu)造越復(fù)雜,反映了生物類別從少到多、形態(tài)構(gòu)造從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的進(jìn)化規(guī)律.
生物化石的古生態(tài)研究是重建地史時(shí)期古地理、古氣候的重要依據(jù).每種生物都是生活在一定的環(huán)境,適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果.各種生物在其習(xí)性行為和身體形態(tài)構(gòu)造上都具有反映環(huán)境條件的特征.利用這些特征就可以推斷生物的生活環(huán)境,例如海生生物化石珊瑚、有孔蟲等反映海洋環(huán)境；陸生植物葉片、樹根、昆蟲等則反映大陸環(huán)境.根據(jù)一個(gè)地質(zhì)時(shí)期各種生物化石的生活環(huán)境和氣候條件的研究,就可以推斷該時(shí)期的海陸分布、海岸線位置和湖泊、河流、沼澤的范圍等.古環(huán)境和古氣候的重建對(duì)地質(zhì)歷史的了解是十分重要的.此外,生物的硬體部分還可以形成反映古環(huán)境、古氣候的巖石標(biāo)志,如貝殼巖反映海濱環(huán)境,生物巖礁反映低緯度暖海環(huán)境,泥炭或煤反映潮濕沼澤環(huán)境等.
化石資料的大量收集還為古生物的系統(tǒng)分類提供了基礎(chǔ).現(xiàn)代生物是古代生物經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期發(fā)展而成的,各種生物之間都存在著不同程度的親緣關(guān)系,從而建立了一個(gè)反映生物界親緣關(guān)系和進(jìn)化發(fā)展的自然分類系統(tǒng).
化石的類群 古生物與現(xiàn)代生物一樣,一般分為低級(jí)的原核生物和高級(jí)的真核生物兩大類,共有5個(gè)界,即原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和動(dòng)物界,界以下依次為門、綱、目、科、屬、種等單位.
由于生物是由低級(jí)到高級(jí)發(fā)展到現(xiàn)代的,地史上各個(gè)時(shí)期的生物門類都不相同,每個(gè)時(shí)期的化石類群與當(dāng)時(shí)的生物門類相關(guān).不同地史時(shí)期有其發(fā)達(dá)的生物門類,也就有其特征的化石類群,有些門類在該時(shí)期占統(tǒng)治地位,有些門類在該時(shí)期衰退或滅絕.總之,按時(shí)間的進(jìn)程,生物門類與化石類群的變化,顯示了生物演化的系統(tǒng)發(fā)展歷史.