Окаменелости — это отвердевшие остатки или отпечатки растений или животных, которые жили очень давно. Возраст одних окаменелостей составляет тысячи лет, а других — достигает нескольких миллионов лет. Большинство живых организмов после гибели сгнили, не оставив и следа. Но некоторые до того, как началось гниение, были погребены — под слоем почвы, ила, камней или льда. Под давлением этих слоев без воздуха останки за тысячи лет окаменели.
По окаменелостям ученые могут очень много узнать об условиях, существовавших на нашей планете много тысячелетий назад. Например, они могут определить, Была территория покрыта лесами или нет, определить, какие животные обитали на ней. Кроме того, они могут установить, когда жило окаменевшее растение или животное. Возраст ископаемого можно определить по слоям пород, в которых оно обнаружено: в наиболее глубоких слоях содержатся самые старые окаменевшие останки, а в верхних — те, которые отложились позже. По окаменелостям можно делать выводы о том, какие полезные ископаемые можно обнаружить в данном районе.
Наука, изучающая окаменелости, называется палеонтологией, что в переводе с греческого означает «изучение древней жизни»
Как образуются окаменелости
Для образования окаменелости необходимо, чтобы умерший живой организм оказался быстро захороненным. Когда над ним быстро образовывается осадочный слой почвы, льда, песка или ила, останки лишаются доступа воздуха и не загнивают. На суше эти останки разрушаются или же растворяются подземными водами.
Если этот процесс происходит в воде, то минералы, содержащиеся в ней, откладываются в останках, они обрастают твердой породой, что не дает им разрушиться. Миллионы лет спустя горная порода поднимается с морского дна. Дождь, ветер или, возможно, море со временем разрушают ее, обнажая скрытые в ней окаменелости.
Виды окаменелостей
Обычно в окаменелостях сохраняются жесткие фрагменты организмов — кости или раковины животных, семена, стебли и прожилки листьев растений. Иногда окаменелость представляет собой саму часть животного — кость или зуб, которая превратилась в камень.
Встречаются и отпечатки различных фрагментов животных. Иногда эти отпечатки выполняют роль формы, заполненной осевшими в них окаменелыми веществами, как, например, след ноги динозавра.
Находят и животных, сохранившихся целиком с шерстью, кожей, костями, однако мягкие ткани не сохраняются.
Растительные окаменелости встречаются гораздо реже, чем животные, поскольку у растений нет ни костей, ни скелета. Но до наших дней дошло немало ископаемых останков, дающих четкое представление об эволюции растительного мира.
Перед вами отпечаток лапы динозавра, застывший на миллионы лет в песчанике в американском штате Юта. Такие отпечатки — наиболее известные примеры ихнофоссилий, обширного класса окаменелостей, представляющих собой следы жизнедеятельности древних организмов.
Если окаменевшие остатки скелетов или отпечатки мягких тканей позволяют узнать, как эти организмы выглядели, то ихнофоссилии рассказывают о том, как они себя вели: как передвигались, как питались, как строили жилища и как отдыхали. Первый же вопрос, который обычно возникает при взгляде на ихнофоссилию: «А кто оставил этот след?» Вопрос очень важный и интересный, хотя сами палеоихнологи (палеонтологи, занимающиеся ихнологией) его не очень любят, — часто на него нет точного ответа, да и определение до вида организма, оставившего след, обычно не является основной задачей.
Дело в том, что к определению «автора» следа, палеоихнология подходит особенным образом — со своей собственной систематикой следов жизнедеятельности. Вместо привычных биологам и палеонтологам sp. (species — вид) и gen. (genus — род) появляются не связанные с ними напрямую isp. (ichnospecies — ихновид) и igen. (ichnogenus — ихнород). Параллельная систематика продиктована спецификой окаменелостей. С одной стороны, один и тот же организм в разных ситуациях может оставлять совсем разные следы (например, отпечатки лап и выкопанную нору). С другой стороны, от абсолютно разных организмов до нас могут дойти невероятно похожие ихнофоссилии (наглядный, хотя и современный пример — норы сурка и буревестника). Поэтому, например, ихнород Arenicolites, представляющий собой простые U-образные ходы рытья, встречающиеся с кембрия до современности, не очень правильно воспринимать как след конкретного животного.
Типы следов, которые дошли до нас в виде объемных структур в осадочных породах. Ихнотаксоны: 1 — Cruziana; 2 — Cosmorhaphe; 3 — Paleodictyon; 4 — Phycosiphon; 5 — Chondrites; 6 — Thalassinoides; 7 — Ophiomorpha; 8 — Diplocraterion; 9 — Gastrochaenolites; 10 — Asteriacites; 11 — Rusophycus. Рисунок из книги: Р. Микулаш, А. Дронов. Палеоихнология — введение в изучение ископаемых следов жизнедеятельности
Сами следы тоже бывают очень разные — всё зависит от того, чем занимался организм их оставивший: перемещался (шел или полз), что-нибудь ел, рыл нору и т. д. Также к ихнофоссилиям относятся копролиты (окаменелые экскременты; см. картинку дня Копролиты и великое вымирание), кололиты (cololites, окаменелое содержимое кишечника) и гастролиты (gastrolites, окаменелое содержимое желудка; не путать с gastroliths — камушками, специально заглоченными животными для перетирания плотной пищи; по-русски тоже гастролиты). Более того, ихнофоссилии оставляют не только животные: палеонтологи часто имеют дело с ризолитами — окаменевшими следами, оставшимися от корней растений.
А в некоторых случаях ситуация вообще настолько запутанная, что не удается понять, кто оставил след — животное или растение. Замечательным примером такого случая являются гексагональные сетки Paleodyction.
Paleodictyon из миоценовых отложений Италии. Фото с сайта en.wikipedia.org
Но иногда всё же удается соотнести «автора» и оставленный им след. Например, это не составляет большого труда, если вид еще существует и животное ходит непосредственно по окаменевшим следам, оставленным его сородичами.
Но если это следы кого-то вымершего, то всё сложнее, и сопоставление животного и следа — большая удача. Если ученым особенно везет, то удается найти одновременно и следы, и того, кто их оставил, — тогда в руках ученых оказывается почти что кинопленка с действиями существа, о которых никак больше не узнать.
Так, история, которую рассказывает следовая дорожка юрского (150–140 млн лет назад) мечехвоста из Зольнхофенского месторождения в Баварии (см. Зольнхофенский известняк) одновременно и грустна, и забавна. Она повествует о юном мечехвосте, который спустился на дно лагуны, прошел по нему десять метров и умер. Удалось установить даже причину смерти — асфиксия. Во время шторма небольшое (12 см) членистоногое попало в очень соленые воды лагуны, где и погибло. В отличие от взрослых животных, молодые мечехвосты часто плавают в толще воды и у поверхности и поэтому легко могут попасть в штормовые волны, способные снести их в неудачное место. Мечехвост боролся до последнего — большинство животных, которых забрасывало в такие лагуны, достигали дна уже мертвыми (D. Lomax, C. Racay, 2012. A Long Mortichnial Trackway of Mesolimulus walchi from the Upper Jurassic Solnhofen Lithographic Limestone near Wintershof, Germany). Похожая история постигла и креветку, экспонирующуюся в палеонтологическом музее в самом Зольнхофене, но ее след был в несколько раз меньше.
А вот из странных волнистых структур, показанных на фото ниже, можно узнать об особенностях жизни триасовых четвероногих рептилий (тетрапод). Сложные структуры с несколькими входами и выходами, камерами и соединяющими их переходами были созданы небольшими рептилиями (длина тела — 20–25 см), жившими колонией на берегу сезонно пересыхающей речки к северу от экватора 240 миллионов лет назад. Исходя из конструкции нор и их географического положения, ученые смогли с большой уверенностью утверждать, что такие сооружения служили укрытием для целой колонии тетрапод, которые пережидали в них холодные ночи и прятались от хищников. На момент обнаружения эта находка была второй по древности среди известных нор рептилий (более древние были на 5 млн лет старше). Она стала доказательством наличия сложных социальных отношений среди животных еще в триасе (S. Voigt et al., 2011. Complex tetrapod burrows from middle triassic red beds of the Argana basin (Western High Atlas, Morocco)).
Норы тетрапод из триасовых отложений Марокко. Длина масштабных отрезков:A — 2 см, B и D — 10 см, C — 5 см. Фото из статьи S. Voigt et al., 2011. Complex tetrapod burrows from middle triassic red beds of the Argana basin (Western High Atlas, Morocco)
Ихнофоссилии предоставляют палеонтологам и геологам массу информации — с помощью них можно изучать, как передвигались динозавры, выделять нужные геологические слои и определять палеогеографические условия. Для широкой публики они, конечно же, не так интересны: будучи выставленным в музее, след тираннозавра привлекает гораздо меньше внимания, чем его скелет. Хотя реконструкция скелета основывается в том числе и на том, что мы узнали, изучая невзрачные следы теропод.
Что такое окаменелости и что они могут нам рассказать?
!
Приведенные в материале комментарии формировались благодаря опыту многолетних дискуссий, посвященных происхождению жизни. Они не дают исчерпывающих взглядов или окончательных заключений. По мере поступления новых данных информация может изменяться.
Что такое «окаменелости»?
Окаменелости – это остатки или отпечатки древних организмов, сохранившиеся в горных породах. Существует несколько видов окаменелостей, большинство из которых обычно представляют собой ископаемые тела древних организмов или их следы. Это сохранившиеся остатки тела организма или некоторых его частей (включая кости, зубы, раковины), насекомые, сохранившиеся в янтаре, древесина, листья, зерна, пыльца, водоросли и т. д.
Формы и слепки можно классифицировать как окаменелости самого организма. Форма образуется, когда тело разлагается, оставляя свой оттиск в горной породе. Слепок получается, когда минералы заполняют форму и образуют окаменелость в виде тела. В зависимости от условий эти окаменелости могут подвергнуться химическим изменениям или не подвергнуться им.
Замерзший мамонт, например,– это телесное ископаемое, не подвергшееся химическим воздействиям. Окаменевшая древесина является примером химически измененного ископаемого, где минералы в грунтовой воде заменили собой волокна древесины и, таким образом, сформировали окаменевшее дерево.
Окаменелые следы древних организмов – это доказательства их активной деятельности в прошлом, например: норы, гнезда, отверстия в древесине или в других твердых материалах, отпечатки следов, копролиты (окаменелые фекалии) и т.д. Молекулярные окаменелости являются относительно недавним открытием. К ним относятся такие молекулы, как жирные кислоты, которые входят в состав организма и могут быть обнаружены сегодня с использованием различных методов.
Как формируются окаменелости?
Различные условия при консервации могут привести к образованию разных типов окаменелостей, но крайне важно быстрое захоронение. Например, следы или другие отпечатки деятельности организмов на поверхности часто быстро стираются ветром или водой, следовательно, окаменелости следов являются ясным свидетельством быстрого захоронения поверхности вскоре после их образования.
Консервация окаменелостей организма обычно требует наличия твердых частей, быстрого захоронения и соответствующих химических условий в осадочных отложениях. Твердым частям, таким как кости или раковины, необходимо гораздо более длительное время для разложения, чем мягким частям тела, например, внутренним органам. Дополнительное время дает большую возможность для консервации.
Быстрое захоронение осадочными отложениями защищает потенциальную окаменелость от разрушения в окружающей среде. Мертвые тела обычно уничтожаются падальщиками в течение нескольких часов или дней, если это небольшое животное, и нескольких месяцев или лет, если это крупное животное или дерево. После захоронения обогащенная минералами вода может протекать через осадки и заменять ткани или заполнять минералами поры погребенного организма.
Окаменевшая древесина – яркий пример такого процесса. Иногда следы исходной ткани все еще присутствуют в ископаемом экземпляре, но окаменелые кости и раковины могут и не иметь частиц первоначальной ткани, поскольку осуществилась полная замена этой ткани минералами. Лучше сохраняются те погребенные организмы, которые более минерализованы.
Поскольку образование ископаемых сегодня редкое событие, считается, что летопись окаменелостей должна быть очень неполной. Исключением является катастрофическое захоронение, когда происходит быстрое погребение организмов, которые становятся недоступными для падальщиков и большинства других разрушительных сил. Но даже катастрофическое захоронение организмов на большой площади не приведет к полному сохранению летописи ископаемых, поскольку большинство организмов с мягким покровом могут разложиться до начала процесса минерализации.
Известно множество примеров катастрофического захоронения. Например, ископаемая рыба из формации Зеленой реки (Green River Formation) в штате Вайоминг, морские беспозвоночные в Burgess Shale и динозавры в Hilda bone bed в штате Альберта, в Канаде. Эти и другие примеры необычной консервации считаются одними из наиболее интересных сведений о летописи окаменелостей.
Сколько времени требуется для формирования окаменелости?
Промежуток времени, необходимый для образования окаменелости, зависит от типа окаменелости. Известны некоторые случаи мгновенного окаменения, в то время как в других случаях окаменение занимает дни или даже месяцы. Однако окаменелостям для их формирования не требуется тысяч или миллионов лет. Чем дольше время, которое проходит без процесса окаменения, тем меньше вероятность, что мертвый организм будет сохранен.
Примером почти мгновенного окаменения являются ископаемые рыбы меловой формации Сантана в северо-восточной Бразилии. Многие из этих рыб очень хорошо сохранились. Обычно рыба разлагается в течение нескольких дней или недель после смерти, поэтому окаменение должно было произойти очень быстро, иначе не сохранилось бы ничего, что могло бы окаменеть.
Прекрасная сохранность этих рыб указывает на то, что они должны были окаменеть в течение нескольких часов, по-видимому, из-за погружения в воду, обогащенную минералами. Точно так же эксперименты с ракообразными, такими как креветки, показали, что эти животные разлагаются через несколько недель даже в отсутствие в окружающей среде растворенного кислорода. Хорошо сохранившиеся ископаемые креветки должны были окаменеть в течение этого периода времени.
С другой стороны, прочные твердые части, такие как кости и раковины, могут сохраняться в окружающей среде в течение долгих лет, поэтому их консервация может быть как быстрым процессом, так и медленным. Кости, оставшиеся на поверхности, обычно уничтожаются падальщиками и разлагаются в течение нескольких дней или недель, в то время как раковинам для разложения при благоприятных условиях необходимы сотни лет. Если кости или раковины повреждены, то это может указывать на более длительный промежуток времени между смертью и окаменением. Благодаря своей прочности кости, раковины и зубы относятся к числу наиболее распространенных видов окаменелостей.
Что нам могут рассказать окаменелости?
Изучая анатомические признаки ископаемого животного, мы можем сделать вывод о его размере, форме, способе передвижения и о том, чем оно питалось при жизни. Мы также можем много узнать о поведении животного и об экологических условиях. Характер окружающей горной породы может показать, в какой среде обитало животное, были ли это река, озеро, берег, мелкий или глубокий морской водоем и т. д.
Например, мелкозернистый сланец с разнообразными видами донных морских ископаемых указал бы, что это – бывшее морское дно, а крупнозернистая осадочная порода с наземными позвоночными, скорее всего, будет интерпретироваться как отложения, созданные рекой. Качество сохранения ископаемых может рассказать нам, было ли это погребение быстрым, или же падальщики уже успели повредить его. Сравнивая окаменелости с живыми организмами, мы узнаем, что многие виды организмов вымерли. Наблюдая тенденции и закономерности в летописи окаменелостей, мы можем кое-что узнать и об истории горных пород.
Ископаемые остатки показывают нам, что древние организмы были сложными и удивительными, как и сегодня, но они могут очень мало рассказать нам о цвете организмов, о звуках, которые те могли издавать, или о многих других чертах, присущих живым организмам. Когда мы видим красочную анимацию ревущих и шипящих динозавров, мы должны помнить, что такие реконструкции основаны на предположениях, а не на непосредственном наблюдении.
Почему существует определенная последовательность окаменелостей в геологических слоях?
Осадки наносятся ветром и водой, и эти процессы ведут к формированию осадочных слоев, которые могут погребать растения и животных по мере накопления отложений. Поэтому неудивительно, что мы находим много слоев окаменелостей в летописи осадочных пород. Однако различные виды окаменелостей распределены в слоях горных пород не случайно, но расположены в определенной последовательности, которая кажется вполне упорядоченной в разных местах по всему миру. Множество различных видов окаменелостей, встречающихся в разных осадочных слоях, образуют так называемую летопись окаменелостей.
Различные теории дают разные объяснения порядка и определенной последовательности ископаемых в летописи окаменелостей. Одно из предложенных объяснений заключается в том, что большая часть этой последовательности ископаемых остатков была сформирована Потопом, описанным в библейской книге Бытие. При Всемирном потопе, предположительно, сначала заполнялись поверхности, лежащие ниже других. Поскольку они представляют собой океанское дно, вначале мы ожидаем найти ископаемые остатки морских животных, а уже потом – окаменелости наземных организмов.
Более того, мы ожидаем, что виды, живущие в самых низких местах обитания, имеют наименьшую вероятность выжить в результате Потопа. Поскольку океанское дно было покрыто осадочными отложениями, мы могли бы ожидать найти ископаемые виды из более низких районов, а затем окаменелости животных, обитающих выше и т. д. Эта теория была впервые предложена Гарольдом Кларком и названа «Теорией экологического зонирования».
Несколько предсказаний этой теории действительно исполняются в летописи окаменелостей. Например, самые нижние слои с большим количеством ископаемых остатков содержат в себе представителей большинства типов ныне живущих организмов, а также многие вымершие виды живых существ. Внезапное появление различных видов морских животных в самых нижних слоях ископаемых остатков известно как «кембрийский взрыв».
Кроме того, окаменелости наземных организмов появляются в последовательности, которая хорошо коррелирует с расширением наземной поверхности. В целом, типы окаменелостей, которые появляются в нижних слоях, с меньшей вероятностью могли выжить при Потопе, чем те, чьи окаменелости встречаются в более высоких слоях. Эти общие закономерности согласуются с теорией экологического зонирования. Тем не менее, было проведено очень мало исследований в рамках этой теории, необходимо еще много работы в этом направлении.
Некоторые несостоятельные попытки теории Дарвина объяснить летопись окаменелостей приводятся ниже.
Показывает ли летопись окаменелостей последовательность эволюционных изменений?
Последовательность ископаемых организмов показывает нам порядок, в котором были погребены различные виды организмов, но не говорит о том, как возникли эти организмы. Материалистический дарвинизм и разные теологические теории, такие как теистическая эволюция, пытаются объяснить последовательность окаменелостей эволюционными изменениями. Эволюционные теории объясняют некоторые особенности летописи окаменелостей, такие как последовательность появления классов позвоночных животных и постепенно меняющийся состав комплектов ископаемых остатков в некоторых частях геологической колонны.
С другой стороны, эти теории не в состоянии объяснить другие особенности летописи окаменелостей, например, внезапное появление разнообразных форм животных в кембрийских пластах, известное как «кембрийский взрыв». Первые окаменелости в основных кембрийских слоях демонстрируют высокую сложность и разнообразие, что противоречит теории Дарвина. Характер внезапного появления полностью сформированных и разнообразных видов повторяется, хотя и в меньших масштабах, у других организмов, таких как птицы и цветковые растения.
Постепенная эволюция также не позволяет адекватно объяснить нехватку потенциальных переходных звеньев между различными типами организмов по всей глубине геологической колонны. Большинство животных и растительных форм (если не все) в летописи окаменелостей появляются внезапно, без известных предков или промежуточных форм. Например, летучие мыши, муравьи, стрекозы, тараканы и многие другие возникают в летописи ископаемых без каких-либо очевидных предков и очень похожи на их современных представителей.
Такая картина не подходит для моделей, которые базируются на постепенной эволюции, и может лучше соответствовать катастрофическим моделям, в которых предполагается, что осадочные слои были сформированы за короткое время в результате глобальной катастрофы. Более того, теория Дарвина не может объяснить, каким образом изменения в генетической информации могут создавать новые органы или новые типы живых существ. Из-за этих просчетов теория эволюции не является удовлетворительным объяснением летописи окаменелостей.
Какие ископаемые организмы были погребены Потопом?
У нас недостаточно информации, чтобы дать окончательный ответ на этот вопрос. По всей видимости, геологическая активность, связанная с Потопом, не прекратилась внезапно, но продолжалась и после того, как Ноев ковчег был открыт, и все еще продолжается сегодня. Возможно, что не существует показателя, который четко отличает окаменелости, погребенные во время Потопа, от захороненных уже после того, как ковчег оказался на сухой земле. Однако есть некоторые интересные образцы, которые могут нам дать определенные подсказки.
Некоторые особенности геологических данных указывают на условия, совершенно отличные от нынешних. Например, большая часть современной континентальной поверхности покрыта отложениями, содержащими морские окаменелости. Это означает, что область, которая сегодня является частью континента, когда-то могла быть покрыта водой.
Такие обширные континентальные отложения необычны. Современная земная поверхность разделена на бассейны, и каждый из них накапливает отложения отдельно от других. Географическая протяженность геологических пластов в каждом бассейне ограничена его размером. В летописи горных пород она часто поразительно велика в сравнении с нынешними условиями.
Есть ли признаки глобальной катастрофы в летописи окаменелостей?
В летописи окаменелостей содержатся убедительные доказательства глобальных катастрофических процессов, хотя обычно они интерпретируются в геологии как происходившие в разных местах (не связанные между собой) и разделенные большими промежутками времени. Образцы в летописи окаменелостей, известные как «массовое вымирание», представляют интересный и загадочный пример.
Некоторые (но не все) виды окаменелостей, обнаруженные в одном геологическом слое, отличаются от найденных в другом слое, а это означает, что, когда мы перемещаемся по геологической колонне, происходит изменение в составе ископаемых остатков. В модели Дарвина это объясняется как отражение изменяющихся условий в течение длительных периодов времени.
Смена ископаемых видов особенно резка в некоторых точках геологической колонны. Динозавры представляют собой знакомый пример, в котором самые верхние меловые отложения содержат многочисленные типы ископаемых динозавров, в то время как залегающие выше палеогеновые осадочные породы не содержат их. Объяснение такого резкого изменения заключается в том, что обычно называют «мелово-третичной границей», т. е. динозавры по каким-то причинам вымерли повсеместно в то время, когда формировались последние меловые отложения.
Основным объяснением исчезновения динозавров считается катастрофическое внеземное воздействие на полуострове Юкатан в Мексике, возможно, способствовавшее огромному лавоизвержению в Индии (the Deccan Traps). Однако есть некоторые проблемы с таким сценарием, и в настоящее время он активно обсуждается.
Другим примером является исчезновение мамонтов, мастодонтов и других крупных наземных млекопитающих. Ученые расходятся во мнениях относительно вопроса: исчезли они из-за ледникового периода, из-за интенсивной охоты на них людей или же в результате действия обоих факторов.
Было выявлено несколько других крупных массовых исчезновений, каждое из которых, как считается, связано с каким-то катастрофическим глобальным процессом, хотя природа такого процесса не ясна. Массовые вымирания, предположительно связанные с глобальной катастрофой, являются важной, но плохо понимаемой особенностью летописи окаменелостей.
Что летопись окаменелостей рассказывает нам об истории Земли?
Летопись окаменелостей является хорошим доказательством как разумного дизайна, так и катастрофы в истории Земли. Разумный дизайн проявляется в сложности и специализации, присутствующих в ископаемых остатках на протяжении всей летописи окаменелостей. Деятельность разумного Дизайнера – единственная известная и достаточная причина таких особенностей.
Следы катастрофы встречаются на протяжении всей летописи окаменелостей в виде «массовых вымираний» и геологических явлений, таких как извержения вулканов, лавовые потоки, цунами и т. д. Хотя время, в течение которого происходили эти процессы, может быть спорным, мы не можем не отметить четкие доказательства дизайна и катастрофизма в летописи окаменелостей.
Каким образом окаменелости расположились в той последовательности, в которой мы их находим? Что окаменелости говорят нам о библейском Потопе? Почему некоторые организмы, живущие сегодня, не встречаются в летописи окаменелостей? Какие геологические пласты могли образоваться в начале и в конце Потопа из книги Бытие? Почему некоторые организмы, такие как брахиопод Lingula, встречаются на протяжении всей летописи окаменелостей, в то время как другие появляются или исчезают?
Последовательность ископаемых организмов показывает нам порядок, в котором были погребены различные виды организмов, но не говорит о том, как возникли эти организмы. Материалистический дарвинизм и разные теологические теории, такие как теистическая эволюция, пытаются объяснить последовательность окаменелостей эволюционными изменениями. Эволюционные теории объясняют некоторые особенности летописи окаменелостей, такие как последовательность появления классов позвоночных животных и постепенно меняющийся состав комплектов ископаемых остатков в некоторых частях геологической колонны.