Проблемы Эволюции |
М.: «НЦ ЭНАС», 2002.
Палеонтология и многие объекты ее изучения на первый взгляд кажутся далекими от школьных курсов биологии и географии. Есть, конечно, лицеи и станции юннатов, где палеонтология преподается как самостоятельный предмет. На самом же деле палеонтологические данные и наглядные объекты используются и в средней общеобразовательной школе не менее, чем в 6 крупных темах. В связи с этим фабрикой "Природа и школа" была изготовлена "Коллекция форм сохранности ископаемых растений и животных" (от 8 до 16 образцов). Содержащиеся в ней образцы не всегда хорошей сохранности, некоторые из них заменены слепками. Помимо этого были выпущены иллюстрации и таблицы (следы которых в сегодняшних школах теряются), диапозитивы, кинофильмы и диафильмы на палеонтологические темы. Ранее сотрудницей географического факультета МГПИ им. В.И. Ленина Г.Г. Астровой была предложена более обширная коллекция "Коллекция "Руководящие окаменелости", которая состояла из 56 экземпляров. Но она не прижилась в школе, возможно, потому что ее было трудно укомплектовать таким число разнообразных ископаемых остатков беспозвоночных, позвоночных животных и высших растений.
Все это касается демонстрационных пособий, но в программах средней образовательной школы говорится не только о таком типе наглядного материала, но и о раздаточном для уроков по темам "Развитие растительного мира", "Развитие органического мира". Но где взять такой материал? Как его определить? Наверняка, многим учителям дети то и дело приносят окаменелости, чтобы наставник рассказал о них хоть что-нибудь. Слава тем учителям, которые это "хоть что-нибудь" скажут! Но не всегда это так.
В добавление к этому в школьной программе есть и такой пункт: экскурсия в палеонтологический или краеведческий музей и на геологический разрез. Проблему экскурсии в музей решить просто, но как быть с геологическим разрезом? Где его найти? Что рассказать? Не опасна ли такая экскурсия? А может просто не заметить этот пункт?!
Школьному учителю, который творчески подходит к процессу преподавания, вероятно, будет не все равно, ведь проведя такую экскурсию и создав небольшую школьную коллекцию, он раскроет перед детьми удивительную новую страницу познаваемого ими мира, завоюет еще большой авторитет среди учащихся.
Именно с целью помочь учителя в освоении основ палеонтологии и экскурсий и написана эта часть. Здесь вы найдете информацию по многим общепалеонтологическим вопросам. Приведены и отдельные примеры экскурсий. В заключении части помещено приложение, представляющее собой краткий обзор различных групп живых организмов, которые наиболее часто встречаются в ископаемом состоянии. Следует оговориться, что, к сожалению, объять необъятное невозможно. Часть рассчитана в основном на экскурсии по Восточно-Европейской, или Русской платформе, то есть почти по всей Европейской части России, среди отложений которой есть и архейские, и протерозойские, и кембрия, и карбона, и юры, и мела, и неогена и других периодов.
Все породы земной коры делятся на три группы. В первую очередь это магматические породы, которые образуются из затвердевшей и остывшей магмы: либо глубоко в земных слоях, либо при извержении вулканов. К ним относятся гранит, сиенит, габбро, диорит, базальт, пегматит, андезит и т.д. Второй тип — метаморфические породы. Они формируются за счет перекристаллизации осадочных и магматических пород под действием температуры и давления. К таким породам принадлежат: мрамор, различные сланцы, гнейсы, кварциты и т.д. Нас же интересует третий тип, а именно осадочные породы. Они образуются в результате химического осаждения растворенных солей, за счет выветривания других пород и в результате жизнедеятельности живых организмов. Осадочные породы весьма многочислены — это известняки, пески, конгломераты, галит и сильвинит, глины, галечники, гипс, мергель, мел, нефть, торф, каменный уголь и т.д. Именно в осадочных породах накапливаются раковины, панцири, кости животных, различные остатки высших и низших растений и т.д. Иногда осадочные породы целиком состоят из скелетов или частей живых организмов, например, различные ракушечники и угли. Некоторые породы, которые, казалось бы, образовались за счет химического осаждения, на самом деле являются результатом жизнедеятельности организмов. Например, некоторые отложения серы, бурого железняка, фосфоритов образовались в процессе деятельности бактерий.
В других породах окаменелости сохраняются нечасто. Метаморфические породы — мраморы и некоторые сланцы могут содержать окаменелости, а вот магматические породы в единичных случаях. Чаще всего речь идет о породах вулканического происхождения, в которые попали остатки животных или растений во время извержения вулканов.
Ископаемые остатки живых организмов встречают в самых разных типах осадочных пород. Сами окаменелости тоже являются источником образования пород, например, каменного угля, ракушечников, спонголитов и т.д. Тем не менее некоторые ископаемые остатки встречаются не во всех осадочных пород, в иных они могут, например, раствориться. Поэтому в этой статье мы хотим перечислить в каких породах можно найти те или иные окаменелости.
Кремнистые породы: кремни, яшмы, опоки, трепелы. В них можно найти: радиолярии, губки, диатомовые водоросли, конодонты.
Сланцевые породы (различные сланцы — глинистые, горючие, и т.д.). В сланцевых породах встречаются: трилобиты, остракоды, насекомые, головоногие моллюски (аммониты) редко, мшанки, плеченогие, граптолиты, некоторые водоросли, карпоидеи, рыбы.
Аргиллиты — глинистые сильно спрессованные породы. В них встречаются: трилобиты, остракоды, мшанки, плеченогие, граптолиты, рыбы.
Карбонатные породы: известняки, доломиты, мергели, мел. В них встречаются: двустворчатые моллюски, плеченогие, кораллы, лопатоногие моллюски, брюхоногие моллюски, головоногие моллюски, фораминиферы, различные водоросли, строматолиты, строматопораты, хететиды, кольчатые черви, трилобиты, конодонты, остракоды, тентакулиты, мшанки, иглокожие, очень редко граптолиты, рыбы, остатки высших растений, губки.
Кварциты (метаморфические породы). В них иногда встречаются: трилобиты, остатки высших растений.
Глины. В них встречаются: радиолярии, остракоды, двустворчатые моллюски, головоногие моллюски (аммониты и белемниты), мшанки, плеченогие, фораминиферы, губки, кораллы, карпоидеи.
Пески и песчаники. В них встречаются: двустворчатые моллюски, мшанки, хрящевые рыбы, остатки высших растений, редко фораминиферы, губки, редко кораллы, головоногие моллюски (аммониты и белемниты), остракоды, редко плеченогие, карпоидеи, морские ежи, редко брюхоногие моллюски.
Конгломераты и гравелиты (сцементированный гравий). В них встречаются: двустворчатые моллюски, головоногие моллюски (аммониты) крайне редки, мшанки, панцирные рыбы.
Углистые породы. В них встречаются: остракоды, остатки высших растений, граптолиты, рыбы, амфибии, некоторые водоросли.
Фосфориты. В них встречаются: плеченогие, лопатоногие, двустворчатые, брюхоногие и головоногие (аммониты и белемниты) моллюски, десятиногие ракообразные, мшанки, кольчатые черви (сидячие), иглокожие, губки, фораминиферы, остракоды, хрящевые рыбы, амфибии, остатки древесины, редко кораллы.
Алевролиты — песчанистые породы с размером зерен от 0,1 до 0,01 мм. В них встречаются: остракоды, мшанки, очень редко граптолиты, редко фораминиферы.
Некоторые группы организмов здесь не упомянуты. Это вызвано тем, что они могут встречаться в самых различных отложениях. Это относится к остаткам рептилий и млекопитающих.
Геохронология — наука изучающая возраст горных пород небесных тел, все же главным из которых для этой науки является Земля. В перечень предметов изучения геохронологии входят не только датировки пород, но и события, которые происходили на разных этапах истории планеты. Она делится на два направления относительная геохронология и абсолютная.
Возраст Земли оценивается различными специалистами по-разному. Но большинство склоняются к цифре в 5-4,5 миллиарда лет.
Откуда могла появиться такая впечатляющая цифра?
По расчетам античных естествоиспытателей, средневековых епископов и ученых XIX века возраст Земли колеблется от 3941 года до 2 миллионов лет. Были попытки посчитать возраст океана по скорости накопления осадков на его дне. И эти расчеты приводили к еще большим цифрам: от 11 миллионов лет до миллиарда! Но поскольку скорость осадконакопления в океанах непостоянна доверять таким цифрам было нельзя. Ничего не оставалось делать как собирать разнообразные окаменелости, отмечать в каких слоях они были найдены и порядок следования слоев друг за другом. Так появилась относительная геохронология. Первоначально такому подходу противоречило мнение, что все организмы были созданы богом единожды, или же создавались и позже первого акта творения, но представляли собой точные копии "ранних". Со временем естествоиспытатели пришли к выводу, что виды современных животных изменчивы, так же изменчивы были и вымершие организмы. Ученые замечали, что окаменелости в разных слоях сильно отличаются, некоторые животные переходят из слоя в слой, а другие исчезнув в одном из слоев не появляются в геологической летописи уже никогда. Для каждого слоя пород были описаны животные и растения, которые характерны только этим слоям. Их назвали руководящими ископаемыми. Позднее удалось установить время появления и исчезновения различных организмов, а также проследить те пути эволюции, которыми они развивались.
Описав послойно живых организмов исследователи знали какие из них были более древними, а какие более молодыми. Появились первые попытки разделить всю историю Земли на этапы. Сначала их было всего три: первичный, вторичный, третичный. Проходили десятки лет, земные слои и окаменелости в них тщательно изучались, но сказать на сколько лет один слой древнее или моложе было нельзя. Ученые оказывались перед неразрешимым вопросом, как поступать с породами, в которых совсем не было окаменелостей? К тому же иногда в результате процессов горообразования слои смещались и породы более древние находились выше пород более молодых. Встречались и другие загадки: в отложениях попадались окаменелости более древнего возраста, которые были переотложены в более молодые слои в процессе размывания пород морем.
Совершенно неожиданно помощь поступила от ядерной физики. С этого момента начинается история абсолютной геохронологии. Первым попытался выяснить возраст минералов и горных пород Э. Резерфорд. Он прекрасно знал, что находящиеся в природе радиоактивные элементы нестабильны и подвержены распаду, который происходит в виде ядерной реакции. В результате ее ядро радиоактивного элемента распадается и образуется новый элемент и потоки электронов, заряженных ядер или других частиц, которые называется радиоактивным излучением. Реакция прекращается в том случае, если радиоактивный элемент полностью распадается и "превращается" в стабильный элемент. Например, при распаде урана образуются два изотопа свинца и излучаются положительно заряженные ядра гелия. При распаде атома радиоактивного изотопа калия-40 образуется либо аргон-40, либо кальций-40 и электроны. Радиоактивный же рубидий-87 дает стронций-87 и электроны. При радиоактивном распаде атомов образуются строго определенные изотопы стабильных элементов. Если посчитать количество изотопов, которые появились в породе в результате распада, то, зная скорость распада, можно и посчитать возраст породы. Самое важное условие — в этой породе должны быть минералы содержащие когда-то радиоактивный элемент или продукты его распада. Чаще всего такие минералы встречаются в магматических породах, реже в осадочных. На процесс распада большинства атомов не влияют никакие внешние условия: ни температура, ни давление. К сожалению, даже при этом методе возможны ошибки. И палеонтологи учитывают их, датируя обычно окаменелости такими цифрами как 320 10 миллионов лет. Чем древнее порода, тем ошибка больше. У пород возрастом более миллиарда лет ошибка обычно составляет 100 миллионов лет. Для отложений возрастом не более 6 тысяч лет хорош радиоуглеродный метод, который основывается на содержание в скелетах животных и тканях растений радиоактивного изотопа углерода-14.
На сегодняшний день по данным относительной и абсолютной геохронологии построена шкала, которая состоит из ряда подразделений различного ранга. Самое крупное подразделение — эон. Вся история планеты делится на четыре эона: азой (что значит безжизненный), археозой, или архей (в переводе "древнейшая жизнь"), протерозой (что значит "первичная жизнь"), или докембрий (два последних иногда объединяются в один эон криптозой — "скрытая жизнь") и фанерозой ("явная жизнь"). Эоны подразделяются на эры — их 6: протерозой делится на три эры — ранний, средний и верхний, фанерозой — на палеозой (эра древней жизни), мезозой (эра средней жизни), кайнозой (эра новой жизни). Азой и архей подразделений не имеют. В эрах выделяются периоды. Верхний протерозой делится на два периода: рифейский и вендский. Палеозойская эра подразделяется на 6 периодов: кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный (карбон), пермский. Мезозойская эра содержит три периода — триасовый, юрский, меловой. И в кайнозое выделяется три периода: палеоген, неоген, антропоген (иногда четвертичный, или квартер). Ранее два первых периода кайнозоя объединяли в один — третичный. Далее периоды подразделяются на эпохи, эпохи — на века, века — на времена, а времена в свою очередь подразделяется на несколько пор. Векам присваиваются названия географических мест, где выходят и хорошо изучены отложения данного отрезка времени. Времена получают латинские названия тех массовых видов, которые характерны для исследуемых пород.
Очень маленький процент, обитавших когда-либо на Земле организмов сохраняется до наших дней. В подавляющем большинстве случаев, основное условие сохранение остатков — окаменение, или фоссилизация. Но не каждый скелет или лист может окаменеть. Органические остатки оказавшиеся на суше часто быстро разрушаются падальщиками и сапротрофами. Процесс выветривания стирают кости и раковины в пыль. Гораздо лучше происходит сохранение остатков в водной среде, особенно в море. Попавшая на дно раковина постепенно погребается все новыми и новыми слоями донных осадков и углубляется в осадочную толщу. Здесь органическая составляющая разрушается, а ее место занимают минеральные вещества поступающие из воды и осадка. Так происходит окаменение. Но на этом процесс не заканчивается. Иногда менее устойчивые исходные минеральные вещества могут перекристаллизовываться в более устойчивые, сохраняя при этом свой химический состав. Например, минерал арагонит может перекристаллизоваться в более устойчивый кальцит, при этом оба минерала представляют собой карбонат кальция. Может происходить и другой процесс — минерализация. При этом первичное минеральное вещество заменяется другим минералом. Например, кальцит иногда замещается пиритом (FeS2). Внутри полостей раковин, костей и других остатков нередко вырастают друзы кристаллов различных минералов: кальцита, кварца (аметиста), анапаита, пирита, галенита, марказита, вивианита, флюорита.
В течение того времени, что окаменелость находится в окаменевшем осадке (породе) она может подвергнуться сдавливанию вышележаших слоев, разрушению. Поэтому далеко не все, что окаменевает хранится в земной коре миллионами лет.
Сохранность окаменевших остатков очень различна. Палеонтологи выделяют несколько форм сохранности.
1. Полная или почти полная сохранность, при которой остаются неразрушенными мягкие ткани. Они могут остаться невредимыми в том случае, если будут недоступны ни падальщикам, ни бактериям- и грибам-деструктурам. Такие условия свойственны вечной мерзлоте. Недаром в ней были обнаружены замерзшие тела антропогеновых млекопитающих, в которых сохранились желудки, наполненные последними обедами животных, и паразитические черви. Длительная жара и сухой климат тоже благодатно влияют на сохранение мягких тканей. Именно при действии таких факторов образовывались мумии египетских фараонов, а также мумии анатозавров, окаменевала кожа (гадрозавры, моноклон) и внутренние органы (сципионикс, тесцелозавр) некоторых динозавров. Сохраняться могут и внутренний органы, в которых есть какая-нибудь неорганическая составляющая, например, так происходит с обызвествленными каменистыми каналами иглокожих. Уникальные условия для того, чтобы тела антропогеновых млекопитающих не разрушались, сложились в соленых толщах и горном воске (озокерите), где были найдены тела шерстистых носорогов. В этих осадочных породах бактерии просто не могли развиваться.
Известен своими замурованными пленниками янтарь, когда-то представлявший смолу хвойных деревьев. Животные, а это насекомые, паукообразные, лягушки, ящерицы, вязли в смоле и оказывались замурованными на десятки миллионов лет. Иногда в янтаре встречаются и остатки лишайников. Но хорошо сохранились только покровы животных, тогда как внутренние органы разрушились.
Помимо янтаря широко известны асфальтовые ловушки. Они найдены в Северной Америке (ранчо Ла-Бреа), в Азербайджане (Бинагады). Они представляли озера, просачившегося на поверхность почвы жидкого асфальта, в котором увязали многие животные. В азербайджанском асфальтовом озере было найдено более 150 видов млекопитающих и птиц, а также несколько видов растений. Важно, что кости дошли до наших дней не потеряв свои органические вещества. Неплохо сохраняется структура тканей растений при их обугливании. Используя специальную методику, палеоботаники смогли узнать о строении эпидермы древних литьев, в том числе и о строении устьиц.
2. Полные или частично сохранившиеся скелетные образования. Это очень распространенная форма сохранности. Твердые скелеты, панцири, раковины животных хорошо окаменевают и более устойчивы к разрушению. Они встречаются целыми или раздробленными. В науке известны случаи, когда животных описывали по одной или двум косточкам (например, позвонкам).
3. Внешние ядра (естественные слепки). Представьте, что раковина моллюска попала в ил. Долгое время ее внутренняя полость была пустой. Позже створки разрушились, а оставшаяся полость была заполнена осадком, который окаменел. Таким образом сформировалось внешнее ядро раковины. Но судьба попавший в ил раковины могла сложиться по другому.
4. Внутренние ядра (естественные слепки). Допустим внутренняя полость заполнилась илом, который потом окаменел. Со временем произошло разрушение створок, но сохранился внутренний слепок, или ядро внутренней поверхности раковины.
5. Отпечатки. Иногда остатки растений или животных прежде чем исчезнуть, оставляют в породе отпечаток своей поверхности. Несмотря на, казалось бы, малую для палеонтолога информативность отпечатков и ядер, тем не менее они могут иметь важное значение. На них можно наблюдать внешнюю и внутреннюю скульптуру раковин, и восстановить внешний вид окаменелости.
6. Следы жизнедеятельности, или ихнофоссилии. Об этом типе сохранности мы поговорим подробно не много ниже, в другой статье.
7. Хемофоссилии. В настоящее время методы исследования палеонтологии достигли такого уровня, что ученые умеют выделять из породы не только микроостатки (например, различных одноклеточных, клетки крови), но и химические вещества органического происхождения, например, продукты разрушения хлорофилла. Так в "немых" на первый взгляд породах, палеонтологи-виртуозы находят органические вещества, когда-то находившиеся в живой клетке.
8. Последний тип сохранности не совсем относится к этой градации, потому что речь здесь пойдет о псевдофоссилиях, то есть ложных окаменелостях. Некоторые кристаллические образования причудливой формы очень напоминают истинные фоссилии. На такую "уловку природы" иногда попадаются даже палеонтологи. Например, дендриты оксида марганца (MnO2) î÷åíü ïîõîæè íà ходы каких-то мелких роющих организмов. Недаром и называются они одинаково — фукоиды. А вот с вполен конкретными животными хететидами часто путают стилолиты — вертикальные уступы на границе двух сдавленных слоев.
Вероятнее всего остатки всех организмов, которые жили на Земле палеонтологами найдены не будут! Мы не узнаем как они выглядели. Многие из них не имели твердого неорганического скелета, который оставался в ископаемом состоянии. Тем не менее изредка от таких существ остаются следы жизнедеятельности, которые они оставили в осадочных породах. В литературе следы жизнедеятельности иногда фигурируют и под другими названиями — биоглифы, ихнофоссилии.
1. Следы передвижения (эндоглифы и экзоглифы). Сюда относятся как следы передвижения беспозвоночных, так и позвоночных, например, рептилий. Экзоглифы — следы передвижения на поверхности осадка, эндоглифы — следы передвижения внутри осадка. Это могут быть ходы проделанные зарывающимися организмами. Например, среди таких следов палеонтологами обнаружены норы раков-кротов. Иногда на стенках норок и на поверхности экзоглифов встречаются в виде царапин, полос или других скульптурных элементов следа конечностей животных или щетинок, например, следы щетинок кольчатых червей. Очень редко ученые устанавливают каким животным эти следы принадлежали. Уникальный случай произошел с поверхностными следами передвижения Cruziana — двойными валиками испещренными царапинами. Р.Ф. Геккер интерпретировал их как следы передвижения трилобита Phillipsia. Помимо них были обнаружены следы пердвижения трилобитов других родов.
2. Следы питания. К ним относятся самые разнообразные следы жизнедеятельности. Они могут представлять ходы в окаменевшем древнем илу. Но в отличие от простых нор они бывают заполнены разделенным на части осадком. Осадок ничто иное, как пеллеты тех организмов-илоедов, которые пропускали ил через пищеварительную систему и затем порциями выбрасывали через анальное отверстие, поэтому кажется, что ход словно разделен на камеры. К следам питания относятся копролиты — окаменевшие экскременты. В них иногда можно обнаружить окаменевшие остатки пищи и предположить какому животному принадлежит этот копролит. Палеонтологам известны как копролиты позвоночных животных, так и беспозвоночных. Иногда среди костей позвоночных обнаруживаются окатанные камни — это могут быть гастролиты, или желудочные камни. Они использовались рептилиями (например, динозаврами-зауроподами) и птицами в качестве дополнительного средства для перетирания пищи. Изредка гастролиты играли роль баласста для погружения в воду (говазавр, плезиозавры). К следам питания следует отнести и сверления в раковинах беспозвоночных животных. Как правило, они проделаны хищными животными (например, гастроподами) для достижения защищенного тела животного. Хотя существуют сверления и иного толка, но о них позже. Помимо сверлений на раковинах и костях животных встречаются следы зубов или челюстных аппаратов хищников. Например, известны следы укусов на панцирях трилобитах, раковинах плеченогих, следы зубов плезиозавров, мозазавров, ихтиозавров на раковинах аммонитов. Подобные следы встречаются и в растительном мире: погрызы, скелетирование, минирование в листьях, ходы в древесине растений.
3. Следы посмертного повреждения. Это могут быть следы деятельности падальщиков, сверлящих организмов. Например, в разрушении рифов и раковин участвуют водоросли, которые высверливают мелкие полости и ходы.
4. Жилые постройки. Этот тип ихнофоссилий сходен с некоторыми другими типами, например, со следами передвижения. Ведь те же норки могут являться и следами передвижения и жилыми постройками. К жилым постройкам также относятся высверленные полости в твердом грунте, которые производят некоторые двустворчатые моллюски, морские ежи, или полости в раковинах животных, например, ходы сверлящих мшанок в раковинах двустворчатых моллюсков и плеченогих. В этих случаях сверлящие организмы не причиняют вреда хозяинам раковин. Примером жилой постройки может быть домик ручейника или кольчатого червя.
5. Следы размножения. В качестве примера здесь тоже выступают сверлящие мшанки, так как по их ветвящимся ходам можно определить характер почкования — бесполого размножения. По почкованию кишечнополостных также можно пронаблюдать о характере их бесполого размножения.
6. Следы повреждения от болезней. Среди уникальных находок следует отметить немногочисленные следы болезней, которые отражаются на росте раковин и костей. Например, палеонтологам известны некоторые болезни белемнитов и костей динозавров.
7. Следы мутуалистических отношений. Иногда о таком типе отношений судят по скелетам некоторых организмов. В качестве классического примера симбиоза в палеонтологии известны мутуалистические отношения кораллов-табулят сирингопорид и строматопорат, табулят фавозитид и кольчатых червей. В последнем случае известны колонии фавозитид с небольшими полостями, где, между кораллитами, жили полихеты.
8. Следы паразитизма. Не менее редко сохраняются в отложениях древних эр и эти следы. На стеблях морских лилий, как ископаемых и современных, встречены следы жизнедеятельности кольчатых червей-мизостомид. Также на лилия, но уже на их чашечках, в прижизненном положении найдены брюхоногие моллюски платицерасы (Platyceras), правда их принадлежность к паразитам оспаривается. Иногда следы паразитизма встречаются внутри раковин девонских плеченогих.
<p style="margin-left: 50; margin-