Объекты палеонтологии

Палеонтология - изучает сохранившиеся в ископаемом состоянии остатки животных и растений, окаменелости, или фоссилии (от англ. fossilia). К окаменелостям относят также следы жизнедеятельности организмов (следы ползания и других видов перемещений, сверле­ния) . Следовательно, окаменелости представляют собой следы про­цессов, происходивших с организмами после их смерти.

Процесс фоссилизации (окаменевания) очень сложный; в послед­ние годы его все чаще называют процёссом биоминерализации. Раз­витие биоминерализации в геологическом прошлом можно изучать с помощью аналитических химических методов, благодаря чему па­леонтология становится экспериментальной наукой. В настоящее вре­мя известно около 30 минералов, которые образуются организмами. Эти минералы обычно не могут формироваться и длительно сущест­вовать вне органической среды.

Выделение биоминералов может происходить внутриклеточно (у бактерий), вне - и межклеточно (большинство водорослей). Живот­ные обладают "матрицируемым" типом биоминерализации. Матри­цей, или основой будущего скелета, является органическое вещест­во, строение которого определяет структуру будущего скелета, сох­ранившегося в ископаемом состоянии и служащего объектом иссле­дования в палеонтологии.

В Мировом океане обитают мельчайшие одноклеточные животные с наружным скелетом, сложенным минералом целестином (SrS0₄). Именно эти микроорганизмы способствуют накоплению целестина в морях, где он не может возникать неорганическим путем и длитель­но сохраняться. Ниже определенного критического температурного уровня в морях не происходит отложение карбоната кальция (при t ~ +20°С). Однако многие моллюски, морские ежи и лилии обра­зуют и накапливают после своей смерти в осадках кальцит и араго­нит на глубине более 7000 м. Магнетит (Fe₃O₄) формируется преи­мущественно неорганическим путем, чаще всего при гидротермаль­ных процессах. Но он синтезируется и в результате процессов биоми­нерализации в клетках бактерий, в челюстях некоторых моллюсков, в височных отделах черепов некоторых птиц.

Важной особенностью биоминерализации является преобладание среди ее продуктов кальцийсодержащих минералов. Биохимические исследования в последние годы выявили значительную роль кальция в развитии внутриклеточных структур, в передаче нервных импульсов и т.д. В каких же формах сохраняются скелетообразующие организ­мы, или что же изучает палеонтология?

Формы сохранности

Переход организмов из био- в литосферу называется фоссилизацией. Этот переход очень сложен и проявляется в совокупности фи­зико-химических и биохимических процессов. После гибели живот­ных и растений мягкие ткани довольно быстро разрушаются — сгни­вают, разлагаются и пожираются трупоедами. Лишь сравнительно не­большое количество животных сохраняется полностью — только в случаях скорейшего погребения их под осадком, предохраняющим организм от дальнейшего разложения. Наиболее часто в ископаемом состоянии встречаются скелеты и их части, внутренние и внешние ядра, отпечатки, следы жизни, или биоглифы; изучаются также особые формы сохранности растений и животных.

Скелеты и их части. Наружные скелеты (известковые, кремневые, реже органические - хитиновые, хитино-фосфатные, тектиновые) сох­раняются либо полностью (полипняки кораллов, раковины брахиопод, моллюсков, панцири морских ежей), либо в виде отдельных фраг­ментов (спикулы губок, крышечки, прикрывающие устья раковин многих моллюсков, членики стеблей морских лилий, иглы морских ежей). Внутренние скелеты позвоночных наблюдаются в ископаемом состоянии чаще всего в виде разрушенных костей.

Внутренние и внешние ядра. Внутреннее ядро представляет собой слепок— внутренней полости раковины, формирующийся при заполне­нии "осадком полости, освобожденной от мягкого тела; нередко оно отражает наружную скульптуру.

Внешние ядра возникают после разрушения раковины, когда на месте "створок- образуются тонкие полости, заполненные впоследствии осадком. В основном они бывают песчаными, известковыми или фос­фатными.

Отпечатки. Отпечатки скелетов или частей скелетов встречаются довольно часто. Они появляются в результате полного уничтожения скелетов. Отпечатки мягкого тела наблюдаются относительно редко, в связи, с чем имеют значительную научную ценность. Наиболее древ­ние отпечатки медуз, кольчатых червей, некоторых членистоногих и других групп животных были описаны впервые в Южной Австралии из отложений, возраст которых оценивается от 0,6 до 1 млрд..лет. В более молодых отложениях также известны отпечатки медуз, каль­маров и т.д.

Следы жизни, или биоглифы. К ним относятся все проявления жизнедеятельности. Следы могут быть оставлены как на поверхности осадка – экзоглифы и проникать внутрь его — эндоглифы. Экзоглифы — это следы ползания, лежания. К эндоглифам принадлежат норки зары­вающихся организмов (некоторых губок, червей, моллюсков).

Следами жизнедеятельности являются также копролиты - ископаемые экскременты животных, которые дают ценный материал для изучения пищи некоторых позвоночных, поскольку в последние годы выяснилось, что в них хорошо сохраняются семена, пыльца и споры. Следовательно, копролиты могут служить источником информации о наземной растительности пресных эпох.

Хемофоссилии, или молекулярные ископаемые. Это наиболее устойчивые фрагменты крупных органических молекул, ранее входив­ших в состав организмов, а затем распавшихся в процессе фоссилизации. Хемофоссилии обнаружены даже в породах, возраст которых примерно 3 млрд. лет.

Особые формы сохранности. Остатки растений, стволы, листья, плоды и семена встречаются в углефицированном состоянии. Процесс углефикации чрезвычайно сложен: он заключается в последователь­ном преобразовании растительных остатков в торф, бурый уголь, ан­трацит и графит. По мере увеличения степени углефикации происхо­дит обогащение растительных фоссилий углеродом. В углях и вме­щающих отложениях нередки унифицированные отпечатки листьев, остатки стволов, плодов и семян. Благодаря специальным методам исследования стало возможным не только изучение их внешних признаков, но и особенностей анатомического строения.

Одной из своеобразных форм сохранности являются включения насекомых в янтаре. В янтаре - окаменелой смоле сосны - наблю­даются различные насекомые, цветы, плоды. Иногда редкие, уникаль­ные формы сохранности позволяют палеонтологу сделать интересные выводы об условиях обитания тех или иных форм.

Фоссилий встречаются преимущественно в осадочных породах (пес­ки, песчаники, глины, аргиллиты, алевролиты, известняки, мергели и т.д.), в метаморфических (мраморы и сланцы), где сохранность их хуже. Окаменелости обнаруживают также в вулканогенных породах (туфы, лавы, туфопесчаники), довольно часто - в бокситах, медно-колчеданных рудах, пластах угля. Их собирают в естественных и ис­кусственных обнажениях (береговых обрывах, стенках карьеров, же­лезнодорожных и шоссейных выемках, керне буровых скважин, раз­личных горных выработках). При сборах совершенно необходимо с помощью топографической карты определить точное местоположение находки. Кроме этого, следует точно указать, в каком именно слое содержались данные окаменелости (привязать к слою). Особенности сбора и методы изучения будут охарактеризованы при описании каж­дой группы.