Образование окаменелостей

Окаменелости — непосредственные свидетельства истории жизни на Земле, которая длится уже 3,8 млрд. лет. Но окаменелости сохранили для нас лишь малую часть сведений о внешнем облике, действиях и поведении живых существ. Они рассказывают преимущественно о животных, чьи организмы имели раковины или кости. Насколько полно летопись окаменелостей представляет разнообразие вымерших живых существ ? И можно ли полагаться на нее, воссоздавая истинную картину древней жизни, генеалогическую историю как современных, так и вымерших растений и животных? Чтобы оценить все достоинства и недостатки этой летописи, необходимо понять, как происходит процесс образования окаменелостей.

РАЗНООБРАЗИЕ СОВРЕМЕННОЙ ЖИЗНИ

В наши дни на Земле обитает около 10 миллионов видов живых существ самого разного облика и размера — от вирусов и бактерий до гигантского дерева секвойя и исполинских млекопитающих — синих китов. Правда, большинство этих видов (около 63 %) составляют сравнительно мелкие членистоногие, а среди них преобладают насекомые (более 85 %). Принимая во внимание сегодняшнее изобилие жизни, можно предположить, что ископаемые должны показывать картину еще большего разнообразия видов. Поскольку каждый вид существует не вечно, а всего от 1 до 15 млн. лет, они сменяли друг друга на протяжении истории Земли множество раз.

РАЗМЕР ОКАМЕНЕЛОСТЕЙ

Принимая среднюю продолжительность жизни вида за 10 млн. лет, можно подсчитать, что за 500 млн. лет, прошедших от кембрийского периода до наших дней, на нашей планете сменилось около 50 поколений жизни. Если допустить, что в каждом поколении существовало столько же видов, сколько и сегодня, то есть около 10 млн., получится, что в стратиграфических отложениях похоронены следы 500 миллионов видов. До сих пор палеонтологи описали всего несколько сот тысяч видов, то есть менее 0,01 % — чрезвычайно малую долю обитателей Земли.

НЕОБЪЕКТИВНОСТЬ ЛЕТОПИСИ ОКАМЕНЕЛОСТЕЙ

В целом организмы, не имеющие твердых минерализированных частей, редко образуют окаменелости. Это значит, что в летопись окаменелостей не попадают почти все одноклеточные существа и другие микроорганизмы (бактерии, простейшие, грибы), водоросли, сосудистые растения, не имеющие древесных тканей, черви, медузы и т.п. Например, в летописи окаменелостей очень слабо представлены насекомые, а ведь они отличаются феноменальным разнообразием и многочисленностью.

СОХРАНЕНИЕ ТЕЛ

Большую часть окаменелостей составляют раковины, кости, зубы, пыльца и карбонизированные растительные остатки, то есть самые твердые, легче всего сохраняющиеся части тел животных и растений. Среди организмов, чьи окаменелые остатки находят чаще всего, можно назвать обитателей мелководных морей, таких, как моллюски, улитки, кораллы, брахиоподы, иглокожие, трилобиты, крабы. Эти существа были очень многочисленны, их остатки тверды и легко заносятся слоями осадков.

СОХРАНЕНИЕ ПОЗВОНОЧНЫХ

Костные части позвоночных животных, особенно зубы, фрагменты позвоночника и скелета, имеют высокую твердость и хорошо сохраняются, если после смерти они были быстро занесены слоями осадков. Кости состоят из смеси известкового минерала (фосфата кальция), который удерживается органической «связкой». Эта связка может разлагаться под воздействием бактерий, грибов и окисления. Следовательно, органическая составляющая костей, оставшихся на поверхности почвы или морского дна, сгнивает за несколько месяцев или лет. Мягкие ткани тел позвоночных привлекают пожирателей падали, да и без них мягкая ткань, такая, как мышцы и внутренние органы, начинает разлагаться в первые же часы после смерти. Поэтому окаменелые остатки сухопутных позвоночных, таких, как динозавры и люди, встречаются сравнительно редко.

ВЫСЫХАНИЕ

При высыхании, которое чаще всего происходит в пустынном климате, хорошо сохраняются такие ткани, как кожа, волосы и даже мышцы. Некоторые остатки сухопутных позвоночных были сохранены именно таким образом — при высушивании. Благодаря этому мы получили редчайшие образцы окаменелых отпечатков кожи динозавров. В Монголии, в песчаниках позднего мела, были найдены несколько полных скелетов динозавров, погибших во время песчаной бури.

ЯНТАРЬ

Одна из самых известных естественных консервирующих сред — янтарь. Он представляет собой сложную ароматическую смолу, выделявшуюся похожими на сосны деревьями из группы араукарий, росшими в Прибалтике. Она имеет способность убивать грибки и благодаря этому предотвращает биологическое разложение организмов, попавших в нее. Янтарь — окаменелая смола — чаще всего встречается в кайнозойских отложениях возрастом 30—40 млн. лет, обычно в Прибалтике, но известны и более древние месторождения янтаря, относящиеся к меловому периоду (до 120 млн. лет назад). Они находятся на северо-востоке США, в Сибири, Ливане и на острове Уайт.

Ихтиозавр погибает, его туша захоранивается подслоем мягких осадков на морском дне.

Плоть разлагается, а кости, покрытые слоем осадка, минерализуются.

Окаменелый скелет сжимается под тяжестью горных пород и перемещается при их движении.

Под влиянием эрозии в ручье обнажается хвост ихтиозавра, некоторые кости попадают в ложе ручья.

Силы эрозии уносят прочь поверхность почвы, скелет обнажается.

Окаменелости сохраняют в себе летопись эволюции на Земле. Сверху вниз: прекорис — черепаха поздней эоценовой эпохи; муравей, пойманный в капле янтаря; сабалит — окаменелая пальмовая ветвь палеогенового периода.

СОХРАНЕНИЕ В ЯНТАРЕ

В янтаре находят множество самых разнообразных существ — от мухоморов до птичьих перьев и паразитических насекомых, и поскольку в геологии янтарь считается органической горной породой, значит, захоронение в янтаре можно считать настоящим окаменением. Большую часть окаменелостей, сохранившихся в янтаре, составляют беспозвоночные, преимущественно насекомые, однако иногда в янтаре находят мелких позвоночных (например, древесных лягушек и ящериц).

ЗАМОРАЖИВАНИЕ

Замораживание в условиях вечной мерзлоты может сохранить кровь и внутренние органы на десятки тысяч лет. Именно таким образом сохранились полные тела мамонтов и других животных, обитавших в ледниковую эпоху, таких, как шерстистые носороги, лошади, росомахи и бизоны, найденные в Сибири и на Аляске. Иногда находят и остатки людей — например, «ледяного человека» из Тироля. Их, правда, нельзя считать окаменевшими навеки, поскольку вечная мерзлота будет существовать не всегда, однако они представляют собой бесценный источник сведений об условиях, существовавших в ледниковую эпоху. Самая известная из находок — малыш-мамонтенок по прозвищу Дима, погибший в возрасте от 6 до 12 месяцев в Сибири около 40 000 лет назад.

РАБОТА БАКТЕРИЙ

Для естественной переработки органического вещества необходимы бактерии. Они в огромных количествах присутствуют практических во всех природных комплексах Земли — от океанских глубин до горячих источников, встречаются даже в толще полярного льда. Почти все бактерии разлагают сложные органические вещества на простые жидкости и газы. Однако в некоторых обстоятельствах, в особенности при недостатке кислорода, бактерии замедляют химические реакции разложения и тем самым способствуют образованию окаменелостей.

АНАЭРОБНОЕ СОХРАНЕНИЕ

Условия, при которых воздействие бактерий способствует образованию окаменелостей, часто встречаются в мелкозернистом иле на дне озер и морей. В этих условиях образуются минералы, такие, как фосфат кальция и железистые пириты. Они покрывают мягкие органы тела, такие, как мышечные волокна, кожа, перья, кишечник и даже нежные ткани жабр, и в точности воспроизводят их форму. Именно таким путем образовался сланец Берджесс, где сохранились в окаменевшем виде многие существа, обитавшие в раннем кембрии, — членистоногие с ногами и жабрами, мягкотелые черви, а также хордовые.

МОРСКАЯ СРЕДА

Берега моря, богатые самыми разнообразными формами жизни, сохранили множество окаменелых остатков типичных морских беспозвоночных. Морские песчаники палеозойской эры изобилуют брахиоподами, фрагментами трилобитов, морских лилий, мшанок, иногда встречаются улитки, моллюски и головоногие (наутилоидеи). В песчаниках мезозойской эры встречаются моллюски, улитки, головоногие, морские лилии и брахиоподы. Кайнозойские песчаники содержат множество различных видов улиток, моллюсков, фрагменты иглокожих (морских ежей, морских звезд) и крабов.

ИСКОПАЕМОЕ ТОПЛИВО

Обычно при образовании окаменелостей остатки растений карбонизируются. Под воздействием высокой температуры и давления в недрах земной коры они претерпевают ряд изменений. Сначала они напоминают торф, потом превращаются в бурый уголь, затем — в каменный уголь и, наконец, в антрацит. В этих процессах выделяются газы, которые при определенных геологических условиях могут скапливаться в полостях внутри земной коры. Несмотря на то, что в XIX—XX веках шла широкомасштабная разработка месторождений угля и газа, они до сих пор представляют собой основной запас ископаемого горючего на планете.

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ РАСТЕНИЙ

Некоторые древесные части растений могут в процессе литификации (превращения в твердую горную породу) претерпевать различные изменения. Они замещаются различными минералами — от карбоната кальция и железистых пиритов до опала и кремнистых известняков. Самое удивительное заключается в том, что эти варианты минерализации могут предоставить чрезвычайно подробную информацию о строении клеток растений, исчезнувших миллионы лет назад.

ЗАХОРОНЕНИЕ

Чтобы фрагменты организмов превратились в окаменелости, они должны быть погребены под слоем осадков. Обитатели моря чаще всего сохраняются в осадочных породах, накапливающихся на мелководном морском шельфе вокруг границ континентов. Суша подвержена выветриванию и эрозии, поэтому осадочные породы с хорошо сохранившимися окаменелостями находят там, где осадки скрыты от разрушения, например, на местах внутренних морей и озер, на склонах растущих горных хребтов, в образовавшихся под действием разломов желобах, таких, как рифтовые долины. В таких местах, называемых скоплениями осадков, накапливается так много осадочных пород, что, несмотря на подъемы суши и эрозию, некоторые пласты с содержащимися в них окаменелостями сохраняются на своих местах.