从38亿年前生命起源到寒武纪动物门类爆发式出现的早期生命与环境演化过程是地球科学与生命科学共同关注的基础前沿领域。新元古代至寒武纪是地球环境发生剧烈变化的时期，也是复杂真核生物辐射演化、动物门类起源、生物矿化以及生物与环境相互作用的关键变革时期。本实验室主要从事新元古代至寒武纪生命与环境演化过程及动力学机制研究，聚焦早期生命演化基础前沿领域的关键科学问题，经长期的研究凝练，形成了寒武纪大爆发与环境、早期生物矿化与生物建造两个核心研究方向。
（一）寒武纪大爆发与环境研究（Cambrian explosion and environments）
寒武纪初期动物门类爆发式出现，导致了以动物为主导的海洋生态系统的初次形成，构建了显生宙以来生命与环境演化的新起点。寒武纪大爆发与宇宙大爆炸、生命起源等重大事件一起被列入自然科学十大难题。本研究方向的总体思路是利用我国新元古代至寒武纪地层中高信息度的化石资源，在系统分类学和生态学分析基础上，发现后生动物各亚界和各门类的最早的化石记录，建立门类间的谱系演化关系，并探索寒武纪大爆发与环境变化之间的内在联系。主要研究内容包括：
基础动物谱系演化及两侧对称动物的起源研究:基础动物包括单胚层的扁盘动物以及双胚层的多孔动物、刺细胞动物、栉水母动物、开腔骨动物等门类。因为从两胚层辐射对称动物向三胚层两侧对称动物的过渡演化是动物演化史上非常关键的一步，所以本课题将继续发掘发现基础动物各类群的早期化石种类，研究它们的谱系演化关系，探讨哪一类群最有可能演化为两侧对称动物，从而可以识别出两侧对称动物的共同祖先并探讨其起源过程。
蜕皮动物的起源及早期辐射演化研究:节肢动物、叶足动物、鳃曳动物等蜕皮动物类群的分异度和生态多样性早在寒武纪第三阶时已经达到了相当高的水平，据此推测它们应起源于更早的地质历史时期。因此本项研究将重点关注三叶虫出现之前的寒武纪第一、第二阶，发现研究蜕皮动物各门类的先驱和它们的共同祖先化石，建立先驱类群之间的谱系演化关系，探索它们的早期分支辐射演化机制。
冠轮动物的起源及早期辐射演化研究:冠轮动物至少涉及13个门类。本课题将重点发现各冠轮动物类群的早期化石代表，并争取在各大类群的谱系演化关系上有所突破。此外，本项目可能在最早的环节动物和帚虫动物化石研究方面取得突破性进展。
后口动物的起源及早期辐射演化研究：后口动物包括已经绝灭的古虫动物,现生的棘皮动物、半索动物、尾索动物、头索动物以及脊椎动物等类群，它们在早寒武世就发生了分支演化，并在我国寒武纪地层中有很好的化石记录。本课题将重点发现并研究后口动物的共同祖先及各类群最原始的化石代表。
寒武纪大爆发年代地层学框架及环境背景研究：本项目将开展广泛的国内外合作研究，对我国华南寒武纪大爆发时期不同岩相的地层钻探取芯，计划开展同位素年代地层学和古环境地球化学研究工作，建立寒武纪大爆发时期的年代地层学框架，并确立环境因素（包括海水盐度、氧含量以及其它地球化学因素的变化）对寒武纪大爆发事件的诱发机制。
（二）早期生物矿化与生物建造研究（Early biomineralization and bioconstruction）
生物矿化和生物建造是新兴交叉学科地球生物学的前沿研究领域，主要研究生物与矿物之间的相互作用、生物矿化骨骼的起源与演化、化石成岩作用、生物沉积建造的形成与演化等。在过去的10余年间，本研究领域取得了很大的进展，解决了不少地质学或生物学单独无法解决的理论和实际问题。因而该研究方向在国内外引起高度的重视，带来了前所未有的发展机遇。中国和美国国家自然科学基金委鼓励学科交叉，将生物矿化与生物建造列为重点支持研究方向。
新元古代至寒武纪是动物矿化骨骼起源和造礁后生动物演化的早期阶段，与此同时微生物沉积建造和海洋底质结构发生了根本性变革。因此，新元古代至寒武纪生物矿化和生物建造研究是早期生命与环境演化领域内的交叉前沿研究方向，是当代国际地球生物学学科最有希望取得突破的前沿热点。
本研究方向目前开展的研究内容主要包括在新元古代至寒武纪生命与环境演化过程中动物骨骼的起源与演化、微生物矿化作用与沉积建造、及化石埋藏学等。
