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南京古生物博物馆，隶属于中国科学院南京地质古生物研究所，由中国科学院和江苏省人民政府共建，是一个集展览、收藏、研究和教育为一体的现代化博物馆，是自然科学普及和教育的重要基地，具有科学性、知识性、观赏性和趣味性。
博物馆坐落在位于市中心的鸡鸣寺风景区，建筑设计新颖，气势恢弘，风格明快，具有强烈的时代感。总建筑面积8500平方米，其中展览区面积近4200平方米。
博物馆以古生物化石为本，以古无脊椎动物、古植物和微体古生物为主，是目前世界上较大的古生物专业博物馆之一。博物馆藏品丰富，展品精美，其中尤以“澄江动物群”和包括“中华龙鸟”在内的“热河生物群”化石标本较为珍贵，堪称国宝级的化石精品。
博物馆展览讲述一个地球和生命演化历史的故事，内容包括一个“生命的进化”主题展和十四个专题展。主题展由门厅、上山之路、化石奥秘、地球的起源、前寒武纪、古生代、中生代、新生代为轴线。专题展分别为澄江动物群、恐龙天地、微观世界、生物登陆、无脊椎动物化石大观、二叠纪生物大灭绝、古植物园、海百合化石墙、热河生物群、鸟的起源与演化、恐龙时代的海洋、南京地史演变、南京直立人和“我从哪里来？”。这些展览以大量的珍稀标本、精美图片、仿真模型和景观复原，并采用多媒体等现代技术手段，充分展示了化石的奥秘和古生物的多样性，再现了生物进化及其与环境协同演化的历史，揭示了生物进化过程中的重大事件，显示了中国古生物学的重大发现和研究成果，启发和增进了公众对自然历史的兴趣和认识。整个展览引人入胜，精彩生动，寓教于乐。
生物进化主题展由门厅、上山之路、化石奥秘、地球的起源、前寒武纪、古生代、中生代、新生代为轴线。
1）门厅：大型生命进化浮雕，大型地球仪，“进化中的生命、演变中的地球”主题展台。另包括博物馆简介，展览内容布局和参观路线示意图，总服务台。
2）上山之路：展示南京地区震旦系-侏罗系地层的仿真岩层剖面（镶有许多南京地区的化石）。
3）化石奥秘：介绍化石定义、化石类型、化石形成、化石作用和达尔文进化论的展墙，大型展台和相间分布的动植物化石以及一些大型古生物化石的展示。
4）前寒武纪：地球在太阳系中的位置展墙，早期地球环境展墙，生命的起源和早期演化油画展墙和展台，早期火山喷发展墙，最古老岩石展墙和最古老岩石和化石展品，生物的五界分类展墙，瓮安生物群展墙和展台，埃迪卡拉动物群展墙和展台。
5）古生代：各纪古地理展墙，梅树村动物群展墙，澄江动物群景观橱窗，寒武纪大爆发展墙，寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪展墙和展台。
6）中生代：三叠纪、侏罗纪和白垩纪展墙和展台，菊石时代展墙和展台，爬行动物和恐龙时代展墙，白垩纪末恐龙绝灭事件展墙。
7）新生代：古近纪、新近纪、第四纪和第四纪气候展墙、展台以及大型绘画和大型骨架化石。
生命进化专题展分别为澄江动物群、恐龙天地、微观世界、生物登陆、无脊椎动物化石大观、二叠纪生物大灭绝、古植物园、海百合化石墙、热河生物群、鸟的起源与演化、恐龙时代的海洋、南京地史演变、南京直立人和“我从哪里来？”。
1）澄江动物群特展厅：包括主题墙：澄江动物群-揭示寒武纪大爆发的独特窗口，澄江动物群大型地层剖面，澄江动物群景观复原图：寒武纪早期海洋生物世界，奇虾Anormalocaris等模型，海底景观隧道，反映澄江动物群生态的三维动画，放大镜展墙，复原图展墙，化石照片展墙等。展出澄江动物群代表性化石：12个大类，80多个种，约240块标本。
2）恐龙天地：大型岩石地台，知识展台，恐龙景观箱，侏罗纪和白垩纪恐龙生态模拟岩石，展台。展示了以马门溪龙，沱江龙、禄丰龙和翼龙构成的群体造型。
3）微观世界：借助显微技术和图象显示设备，不仅可以观察生物的细胞、胚胎、组织、器官、微细构造和矿化特征等，而且可以清楚地看到个体非常微小的动、植物化石。它们在漫长的地质历史中，演绎着不同的进化模式，有的只是昙花一现，有的却历经沧桑、经久不衰。微体化石和现生的微体生物一样，广泛分布、扩散到地球表面的各个角落，而且成为现代海洋生物沉积的主要成分。这是一个放大的颗石藻（一种藻类）的模型。
4）菊石展台，展示震旦纪到第四纪的代表性化石。
5）无脊椎动物化石大观展：无脊椎动物的起源时间现已追溯到前寒武纪末期甚至更早。早古生代海洋几乎是无脊椎动物的一统天下，生物高度繁盛和多样化，除现生的许多生物门类在那时均已出现外，还有一些早已灭绝的生物类群，如三叶虫、笔石和鹦鹉螺等。不同时代、不同类型的无脊椎动物化石汇聚一馆，蔚为大观。
6）二叠纪末的生物大灭绝：二叠纪末（约二点四五亿年前）发生的生物灭绝事件是地球历史上规模大的一次，其影响甚至超过了著名的白垩纪末的恐龙灭绝事件。这场灭绝事件的重灾区是海洋，约90%以上的海洋物种灭绝。在陆地上，生物灭绝率也达到75%。这场浩劫的受害者有三叶虫、四射珊瑚等一大批无脊椎动物，以及二叠纪陆地上某些繁盛的爬行动物，如盘龙。这场浩劫彻底改变了生物圈的面貌，为中生代生物的演化尝试提供了巨大的生态空间。
7）恐龙时代的海洋（关岭生物群）：大型模型景观，展台。
8）海百合化石幕墙，展示28块大型海百合化石。
9）热河生物群：中生代的热河生物群是一个举世罕见的化石宝库，可以与德国始祖鸟产地索伦霍芬相媲美。这个生物群距今约一亿三千万年，在亚洲东部广泛分布。其化石丰富，门类众多，保存完美，包括大量动植物。近年来热河生物群中带羽毛的恐龙、以及古老的被子植物等珍稀化石的发现在国内外引起巨大轰动。热河生物群对于探讨鸟类、真兽类和被子植物的起源和早期演化、研究当时的古地理、古气候和古环境都具有重要的科学意义。馆藏的中华龙鸟、辽宁古果等模式标本堪称国宝
10）鸟类的起源和早期演化：模型景观和展台。
11）山旺生物群：山旺位于山东省临朐县城以东20公里处，那里的中新世硅藻土地层薄而细，且层次分明，它们重叠在一起，好像厚厚的书籍，被称为化石“万卷书”。山旺是一个珍贵的化石宝库，含丰富的动植物化石，其中植物化石包括藻类约有160余种，动物化石主要有鸟类、爬行类、两栖类、鱼类和昆虫类等。山旺化石不仅种类繁多，而且保存完好。山旺地层形成于湖泊环境，生物群反映当时的气候温暖而又湿润，适合生物的生存和繁盛。
12）南京直立人：大型溶洞（汤山猿人洞），展板。南京直立人头骨模型和其它古人类头骨复原模型以及与南京直立人共生的展示，南京直立人在人类演化历史上的地位等。
13）南京地史演变：展示南京地区地层表和南京地区数字地质图的展墙，大型南京地形模型。
14）我从哪里来：大型喷绘，展墙和影象展示。
澄江生物群：云南东部寒武纪早期的澄江动物群，以多门类动物软驱体化石的特殊保存为特征，是一个举世罕见的化石宝库。现已发现的澄江动物群化石共120余种，分属海绵动物、腔肠动物、线形动物、鳃曳动物、动吻动物、叶足动物、腕足动物、软体动物、节肢动物、脊索动物等10多个动物门以及一些分类位置不明的奇异类群；此外，还有多种共生的藻类。澄江动物群生动再现了距今五亿二千万年前海洋生物世界的真实面貌，将包括脊索动物在内的大多数现生动物门类的较早化石记录追溯到寒武纪初期，充分展示出寒武纪早期生物的多样性，为揭示生物演化“寒武纪大爆发”的奥秘提供了极珍贵的直接证据，因此被誉为20世纪惊人的科学发现之一。
棘皮动物门包括海胆、海星、海百合、海参等，全部海生。它是无脊椎动物中较高级的一门。棘皮动物是生活在海洋的体腔动物，一般不群居，通常固定在海底不动或四处漂游。成年棘皮动物的身体呈现五辐射对称。此类动物的骨板上具有不同形状的棘刺或突瘤，因此被命名为棘皮动物。
古生物化石分布于两组地层岩层，即距今约2亿年的中生代三迭世二马营组和距今600—100万年间的榆社群。榆社县地层又细划分为马会组、高庄组、麻则沟组和海眼组。
这些植物遗体中的有机质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着；同样，那些生物生活时留下的痕迹也可以这样保留下来。从化石中可以看到古代动物、植物的样子，从而可以推断出古代动物、植物的生活情况和生活环境，可以推断出埋藏化石的地层形成的年代和经历的变化，可以看到生物从古到今的变化等等。
海洋中漂浮的单细胞原生动物，因为具有放射排列的线状伪足而得名。放射虫有球形、钟罩形等多种形状，身体直径可以达到100到2500微米。由细胞质分泌的骨架通常包藏在细胞中，其化学成分因不同的种类而不同，多数为硅质或含有机质的硅质，少数含有碳酸锶。放射虫的骨架有三种类型：一种为松散结构，骨架由互不连接或接合不坚实的杆、骨针和刺组成；另一种是网球结构，骨架呈球形、纺锤形或锥形，沿着中心囊膜紧密连接成网状；还有一种为同心结构，骨架由多层同心排列的网格构成，各层间常有许多针、钩、小柱相连，构成精巧美丽的壳形。
公交：2路、3路、11路、20路、24路、31路、44路、48路、52路、70路、201路、304路，鸡鸣寺站下。
地铁：南京地铁3号线、南京地铁4号线，鸡鸣寺站下。
1998年3月，江苏省与中科院领导在院、省合作会谈中，确定中科院和江苏省合作共建南京古生物博物馆。
2002年5月博物馆土建开工，2004年4月通过博物馆建安工程的验收。
2004年5月启动博物馆布展的设计，招标和施工，并于2004年10月1日对外开放一期工程“澄江动物群特展”
2005年12月底对外开放二期工程“生命进化史展览”。
南京古生物博物馆先后被授予“2014-2018年度江苏省科普教育基地”
2006-2010年度江苏省全民科学素质工作先进集体奖；
2007、2008年度玄武区科普活动优秀奖；
2009年度中国科学院博物馆评比中名列第二。
南京古生物博物馆是一个集展览、收藏、研究和教育于一体的现代化博物馆。博物馆展览将兼有科学性、知识性、观赏性和趣味性，吸引国内外同行和观众，成为一个科学旅游景点和广大青少年喜爱的科普教育基地。
中国科学院南京地质古生物研究所经过几代古生物学家的艰苦努力和卓越贡献，涌现了以澄江动物群研究为代表的一大批具有世界先进水平的研究成果，积累了非常丰富的古生物化石。
