1.4 Основные этапы развития палеонтологии

Ископаемые или окаменелости, человек использовал, начиная с палеолита. Об этом свидетельствуют находки ожерелий из фрагментов вымерших кораллов и морских ежей, использовавшихся в ритуалах погребения, и другие археологические находки. Различные ископаемые упоминаются в приданиях, мифах и сказках. Так, белемниты называют «чёртовы пальцы» и в восточных сказках их рассматривают как ногти джинов, раковины фораминифер – нуммулитид в сказаниях о битвах Александра Македонского описывают как окаменевшие монетки.

Первые научные письменные документы об ископаемых организмах принадлежат древнегреческим естествоиспытателям и философам. Успехи естествознания древних греков были обобщены в трудах Аристотеля жившего в 384 – 322 гг. до нашей эры – великого мыслителя своего времени, который создал основы классификации животных, зачатки сравнительной анатомии и эмбриологии. Окаменелости он считал остатками морских животных.

Становление и развитие палеонтологии происходило в три этапа: додарвинский, дарвинский и последарвинский.

Додарвинский этап развития палеонтологии связан с именами таких учёных как англичанин Вильям Смит (1769 – 1839) – палеозоология беспозвоночных, Жорж Кювье (1769 – 1832) – палеозоология позвоночных, Александр Броньяр (1801 – 1876) – палеоботаника.

Вильям Смит в 1799 г. предложил два постулата:

• слои, содержащие одинаковые окаменелости являются одновозрастными;

• слои, содержащие разные окаменелости, являются разновозрастными.

На основании этих положений Смит впервые построил сводный стратиграфический разрез Англии, где разновозрастные слои раскрасил различными цветами, эти принципы Смита до сих пор являются классическими и незыблемыми. Его считают основоположником палеонтологического метода в стратиграфии.

Основы палеонтологии, как науки, были заложены почти одновременно Ламарком, Кювье и Броньяром.

Жан Батист Ламарк (1744 – 1829) – современник У. Смита, французский натуралист, зоолог. Живая природа представлялась Ламарку в виде непрерывно изменяющихся особей, которые объединяются в виды, существующие только в течение определённого отрезка времени. Органический мир по Ламарку развивался от простейших форм к более сложным. Он считал, что движущей силой развития живых существ является врождённое стремление к совершенствованию своей организации. Изменение внешних условий вызывает изменение потребностей, а это влечёт за собой изменение органов. Всё, что было приобретено или изменилось в течение индивидуальной жизни, сохраняется благодаря наследственности и передаётся потомству. Ламарк, создав теорию наследования приобретённых признаков и изменчивости, поставил вопрос о взаимосвязи изменчивости и наследственности. Основные положения учения Ламарка:

• виды существуют в течение определенного интервала времени и переходят один в другой;

• происходит постепенное усложнение организмов – от низших к высшим;

• изменчивость видов связана с влиянием внешней среды;

• приобретённые изменения передаются потомкам через наследственность.

Идеи Ламарка не получили поддержки у современников, хотя им была предложена первая эволюционная концепция, в дальнейшем развитая Ч. Дарвином.

Жорж Кювье (1769 – 1832) известен как выдающийся выразитель идеи неизменяемости видов органического мира. Историю органического мира он рассматривал совершенно иначе, чем Ламарк. Он, как и Линней, считал виды неизменными и постоянными. Вместе с тем Кювье видел, что ископаемые разных слоёв отличаются друг от друга и объяснял это периодическими революциями после которых, старое исчезает и возникает новое, постепенных переходов не существует. Впоследствии его объяснение развития органического мира назвали теорией катастроф, которая объясняла массовые вымирания организмов, такие как на рубеже палеозоя-мезозоя и так далее.

В соответствие с идеей катастрофизма, основоположником которой является Ж. Кювье, на Земле происходили внезапные скачкообразные изменения; в истории Земли было три крупных катаклизма, причём последний, связывался с библейским потопом; перевороты захватывали обширные участки, но не были глобальными. Заслуги Кювье, несмотря на допущенные теоретические ошибки (защита, постоянства видов, теория катастроф), безусловно, велики. Он был блестящим учёным и его положительное научное наследие велико: является основоположником палеозоологии позвоночных, разработал целостную систематику животных, поставив во главу таксономическую единицу тип. Изучая биологические особенности организмов, и сочетая их с геологическими событиями, он заложил основы палеонтологического метода в стратиграфии.

Карл Линней описал свыше 4,2 тыс. видов животных и около 10 тыс. растений. Он допускал возможность возникновения новых видов под влиянием внешней среды или в результате скрещивания. Одновременно с Линнеем работали блестяшие учёные: во Франции Жоран Бюффон (1707-1788) и в России – Михаил Ломоносов (1711-1765).

Жоран Бюффон рассматривал происхождение и развитие жизни, историю животного и растительного мира, подчёркивал единый план строения животных, говорил о наличии промежуточных форм между разными группами животных и считал, что история Земли насчитывает до 75 тыс. лет.

Основоположником естествознания в России стал М. Ломоносов. В своей книге «О слоях земных» он объяснял происхождение осадочных пород образованием их в морских бассейнах. Ломоносов представлял себе смену различных периодов жизни на Земле как последовательное чередование наступления и отступания морей, объясняя эти явления медленными вековыми колебаниями суши. Ломоносов впервые высказал правильное представление о янтаре, как ископаемой смоле хвойных. По его инициативе в 1755 г. был создан Московский университет. Возраст Земли он оценивал в 400 тыс. лет.

Александр Броньяр (французский ботаник) – внёс значительный вклад в развитие палеоботаники, предложив первую единую систематику и историю развития ископаемых растений.

Чарльз Лайель (1797-1875) в своих трудах показал, что преобразование Земли в геологическом прошлом происходило не путём катастроф, а при постепенном воздействии разнообразных процессов – внешних и внутренних. В соответствии с длительными изменениями окружающей среды медленно и постепенно изменялся органический мир. Лайель в своих рассуждениях впервые использовал метод актуализма, то есть метод сравнения процессов, протекавших в прошлые геологические эпохи с современными процессами. Актуалистический метод Лайеля сыграл выдающую роль в формировании мировоззрения Дарвина.

Огромное влияние на дальнейшее развитие эволюционной палеонтологии имели труды академика Петербургской академии наук К. Бэра (1792-1876) – основоположника сравнительной эмбриологии. Изучая зародышей позвоночных, К. Бэр сформулировал следующий закон: зародыши высших животных напоминают зародышей низших организмов. Благодаря выявлению этой закономерности эмбриология совместно с палеонтологией стала источником доказательства эволюции жизни.

В течение первой половины 19 в. были созданы все предпосылки для появления эволюционной теории Дарвина.

Следующий этап развития палеонтологии охватывает промежуток времени с середины до конца 19 в. Этот эпат связан с именем великого ученого Чарльза Дарвина (1809-1882). В 1831 г. он совершил кругосветное путешествие на научно-исследовательском судне «Бигль». Материалы, собранные им за 5 лет плавания и привлечённый им палеонтологический материал легли в основу его учения, названного впоследствии теорией эволюции или дарвинизмом.

Полный вариант теории Ч. Дарвина был опубликован в 1859 г. в его книге «Происхождение видов». Появление книги Дарвина оказало огромное влияние на развитие биологии и палеонтологии. Дарвин показал, что современный органический мир со всем своим многообразием и удивительной приспособленностью форм является итогом сложной эволюции, которая длилась многие миллионы лет. Базируясь на большом количестве фактов, Дарвин сформулировал следующие основные положения своего учения об эволюции:

• постоянно идёт борьба за существование, при этом выживают сильнейшие организмы. До взрослого состояния доживает незначительная часть, большинство погибает;

• для всех живых организмов характерна всеобщая изменчивость признаков и свойств, то есть под влиянием определённых причин организмы могут приобретать новые качества и признаки в результате искусственного и естественного отбора;

• в качестве главного механизма эволюции он выделил естественный отбор. В отличие от своих предшественников, Дарвин оценивал длительность жизни на Земле во много миллионов лет, но подчёркивал, что неполнота геологической летописи является причиной отсутствия сведений о переходных промежуточных формах, связывающие одну группу с другой и причиной внезапного появления многих групп;

• Дарвин пришёл к очень важному выводу для биостратиграфии – закону о необратимости эволюции: вид, однажды, исчезнувший с Земли, не возникнет вновь. Этот закон вытекает из теории естественного отбора, причём вымирание древних форм является неизбежным следствием возникновения новых. Господствующие формы, распространённые широко и дающие наибольшее число разновидностей, стремится населить мир близкими к ним, но изменёнными потомками, и эти последние с успехом вытесняют группы, уступающие им в борьбе за существование.

Эволюционный процесс вида носит адаптивный характер или приспособительный характер. Виды животных и растений приспособлены к разнообразным условиям среды. К числу приспособлений относятся защитные окраски – покровительственная, предостерегающая, подражательная (мимикрия) и маскировочная. Дарвин развил теорию происхождения видов, доказывая, что каждая крупная группа животных или растений происходит от общих предков и из одного центра. Теория Дарвина имела огромное значение для дальнейшего развития биологии. Она решала две крупные проблемы: проблему превращения одной органической формы в другую и проблему целесообразности органических форм.

Благодаря усилиям Дарвина и его последователей палеонтология превратилась в эволюционную науку, органические остатки стали звеньями цепи жизни на Земле. Однако Дарвин отметил, что геологическая летопись несовершенна и отличается неполнотой. Значительная часть памятников истории жизни на Земле была разрушена и исчезла бесследно. Тем не менее, имеющиеся палеонтологические документы представляют большую ценность для расчленения и корреляции разрезов. Фауна из любого стратиграфического горизонта по уровню организации всегда будет промежуточной между фаунами предшествующего и последующего горизонта. Особое внимание Дарвин обратил на кажущееся внезапным появление в кембрии разнообразных представителей животного мира, объясняя это не внезапностью, а метаморфизмом докембрийских пород либо недоступностью их для наблюдений.

Идеи Дарвина вызвали бурный рост естествознания, способствовали ускорению процесса науки. Во второй половине 19 в. трудилась блестящая плеяда естествоиспытателей: Т. Хаксли, В. Вааген, М. Неймайр, В. Ковалевский, Л. Дало и другие. Венский палеонтолог М. Неймайр причиной изменчивости оранизмов он считал влияние окружающей среды.

В России одним из первых учёных воспринявших учение Дарвина был В. Ковалевский (1842-1883). Ковалевский разработал новую классификацию копытных и доказал происхождение копытных от общего предка, кроме того, он проследил эволюционное изменение отдельных элементов скелета во времени в связи с изменениями их функций.

Последователем В. Ковалевсткого в области палеонтологии позвоночных был бельгийский учёный Л. Долло (1857-1931). Он сформулировал мысль о прерывистости эволюции, то есть о наличии в ходе развития резких скачков. К примеру, увеличение длины тела позвоночных может идти как за счёт вытягивания позвонков, так и за счёт возрастания числа позвонков. Во втором случае постепенность исключена, возможно лишь скачкообразное развитие. Долло является автором Закона о необратимости эволюции. Он звучит так: организмы никогда не возвращаются к предковому состоянию, если они оказываются в тех же условиях существования, что и их предки. Впоследствии появились факты, подтвердившие возможности частичного возврата к предковому состоянию.

Последарвиновский этап палеонтологии – это начало и весь 20 в. И И в этот период эволюционная теория Дарвина осталась базисной. Появились новые теории эволюции, которые опираются на исследования по генетике, молекулярной биологии, биохимии, биофизики, экологии и так далее. Важную роль в развитии палеонтологии сыграли такие русские учёные Л. Берг, А. Северцов, А. Павлов, Н. Андрусов. Во второй половине 20 в. очень плодотворной оказались идея использовать достижения кибернетики.

Кибернетика – наука об общих процессах управления и передачи информации в машинах, живых организмах (биокибернетика).

В последарвинский период в палеонтологии был выделен раздел микропалеонтология, объектом изучения, которой являются фораминиферы, радиолярии, остракоды, конодонты. Были открыты новые, ранее неизвестные группы организмов – археоциаты, тентакулиты.

Развитие эволюционной палеонтологии тесно связано не только с успехами в биологии, но и с интенсивными геологическими исследованиями. Стала актуальной проблема подготовки специальных кадров. Так, до Второй мировой войны были созданы кафедры палеонтологии во многих университетах мира. Стали выходить палеонтологические журналы и другие периодические издания. В 1916 г. при Академии Наук России было создано Всесоюзное палеонтологическое общество, которое с 1955 г. проводит свои ежегодные палеонтологические сессии.

Новые современные методики исследования, применение электронного микроскопа как трансмиссионного, так и сканирующего, изучение строения дна океана открывают перед палеонтологией новые перспективы развития.

Вопросы для самоконтроля

1 Какие основные задачи решает палеонтология?

2 С какими науками связана палеонтология и какие разделы включает?

2 Каким образом происходит процесс преобразования биоценоза в ориктоценоз?

3 В каком направлении протекал процесс становления палеонтологии как науки?

4 В чем заключается сущность эволюционного учения Ч. Дарвина?

5 Какие методы используют для изучения ископаемых организмов?

Лекция 2 Образ жизни, условия существования и вымирания организмов

2.1 Среда обитания и образ жизни организмов

2.2 Условия обитания в водной и наземной среде

2.3 Биономические зоны моря