分子古生物研究是现代分子生物学、有机地球化学和古生物学等领域相交叉、结合而形成的年轻学科方向，是古生物学领域的一个新兴生长点。与传统古生物学相比，分子古生物研究更依赖于现代化的实验、分析技术，它使古生物研究从宏观（生物形态）深入微观（分子层次）。分子古生物研究应当与传统的形态解剖研究相结合，两者的关系是相互补充的。现提出狭义分子化石和广义分子化石的概念，并指出它们与有机地球化学研究中的生物标志化合物等概念的异同。当今分子古生物学的研究热点──化石脱氧核糖核酸（DNA）对研究生物分类系统、谱系发生、演化速率等主题具有重大意义，其关键技术──多聚酶链式反应（PCR）方法使人们有可能在短时间内分析极微量的DNA。狭义分子古生物学的另一个重要研究方向是化石蛋白氨基酸的研究，特别是氨基酸多肽链以及外消旋的研究；氨基酸的外消旋研究已在第四纪年代学和古温度研究中发挥作用。分子古生物研究作为一个学科领域尚处于发展阶段，并带有强烈的探索性，它将在生物谱系发生、系统分类、演化、古环境以及化石燃料等研究领域发挥重要作用。

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