Что такое окаменелости и для чего они служат
Древние окаменелости
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.
Что такое окаменелость?
Увлекающиеся палеонтологией, наверняка знают, что такое фоссилизация и собственно фоссилии, ископаемые или окаменелости. Фоссилизация представляет собой комплекс физических и химических процессов, которые превращают живые организмы в окаменелость. Ни для кого не секрет, что фоссилизация занимает тысячи, а то и десятки тысяч лет. Но давайте разберём эту тему подробнее. Узнаем о протекающих процессах, о том, какие условия нужны и какие уникальные фоссилии мы можем найти.
Что такое фоссилизация?
Фоссилизация – длительный процесс замещения тканей живых организмов минералами. После захоронения останков животного или растения, пустоты в них заполняются грунтовыми водами с последующей минерализацией. Таким способом очень хорошо сохраняются небольшие организмы, которые быстро покрываются различными осадками – илом или песком. Благодаря минерализации до нас доходит подробное строение, например, крохотных птерозавров, вплоть до деталей организации перепонки крыльев. Крупные организмы не могут быстро покрыться необходимым слоем и успевают сильно разрушаться, прежде чем окаменеть. Потому мы знаем структуру пера небольших птиц, но мало что знаем о крупных зауроподах.
Сохранность фоссилий зависит и от времени, когда существовал организм. Чем древнее породы, тем большей эрозии (разрушению) они подвергались. Кембрийских отложений (540-485 млн лет назад) в разы меньше неогеновых (23-2,5 млн лет), и как следствие, мы имеем в разы меньше сохранившихся организмов кембрийского периода.
Условия, необходимые для фоссилизации
Условия могут быть совершенно разными, но важно изолировать организм от воздействия окружающей среды и различных микроорганизмов. Идеальными условиями в плане сохранности организмов могут обладать как жаркие и сухие пустыни и ледяные пустоши, так и влажные болота или реки с толстым слоем ила. Полные скелеты крупных животных, что насчитывают миллионы лет, палеонтологи находили и в вечной мерзлоте, и в толщах песчаника. Одной из самых впечатляющих находок стал мозг игуанодона возрастом более 130 млн лет с хорошо сохранившимися сосудами и тканями. Удачное стечение обстоятельств похоронило мозг в кислотной среде болот до того, как ткани начали разлагаться и пожираться бактериями. Не менее грандиозной находкой стали и мамонтята Люба и Хрома. Сегодня они хорошо исследованы, вплоть до восстановления некоторых участков их ДНК. Но самые удивительные находки нас ожидали в 2017 году.
Иногда случается так, что бактерии, пожирающие остатки умершего животного, наоборот помогают нам в его сохранить. После смерти, например, рыбы, на разлагающейся плоти образуется целый слой различных организмов, что спешат на пир. После чего, они вместе с рыбой покрываются осадками. Чёрные силуэты животных на камне, которые мы находим, есть не что иное, как отпечатавшиеся бактерии.
Янтарь
Парк Юрского периода продемонстрировал нам самый надёжный источник сохранности древних организмов – янтарь. Красивыми насекомыми, возраст которых насчитывает десятки миллионов лет, уже никого не удивить. К сожалению, сколько бы крови они ни пили, ДНК не сохраняется более шести миллионов лет, и свой парк с динозаврами мы не сможем создать. Но находки 2017 года поражают воображение. Целый меловой птенец и оперённый хвост динозавра, датированный тем же периодом. Благодаря янтарю находки дошли до нас в полной сохранности, и мы можем разглядеть мельчайшие детали строения перьев возрастом 100 млн лет.
Органика и её следы
Это удивительно, но через десятки миллионов лет до нас доходят не только камни, но и некоторые органические вещества или их следы. Так, в начале двухтысячных Мэри Швайцер опубликовала результаты исследования остатков тираннозавра возрастом более 68 млн лет. В них заявлялось, что до нас дошли не только структуры мягких тканей динозавра, но и белок коллаген, содержащийся в костях и хрящах. А ведь каких-то пару десятилетий назад о подобном и мечтать не могли. Не менее удивительным стали и находки меланосом (органелла, хранящая в себе меланин и другие пигменты) динозавров. Таким образом, мы знаем примерный окрас некоторых мезозойских животных.
Групповые захоронения
Несмотря на то, что гигантские животные сохраняются плохо, иногда до нас доходят целые группы крупных животных в хорошем состоянии. Как такое происходит? Возможно, животные выбрали неверную тропу и попали в ловушку в смоляном озере. Или хищники загнали жертв в болото, где все дружно утонули. Может быть, произошла какая-либо катастрофа, которая накрыла махом всё семейство во время высиживания яиц. Территория, которая сейчас известна как формация Хелл-Крик, 66 млн лет назад была богата на реки и ручьи с глинистым дном и болота, что способствовало столь богатым и качественным захоронениям. Например, во время прилива или дождей уровень воды в некоторых водоёмах сильно поднимался, но как только вода отступала, некоторые лужицы становились изолированными от рек и озёр. Там и гибли рыбы и черепахи на радость палеонтологам.
Фоссилизация, или окаменение – это длительный физико-химический процесс преобразования остатков умерших организмов и следов их жизнедеятельности в сложную минеральную структуру с отпечатками различных тканей, а порой и с органическими молекулами. Чем благоприятней для фоссилизации были условия периода, и чем ближе по временной шкале к нам, тем больше интересных подробностей мы можем рассказать об этом времени.
Камни, которые хотели превратиться в живых существ: как люди узнали, что такое окаменелости
Ископаемые — это морские существа, выброшенные на сушу во время Всемирного потопа, — так объясняли происхождение остатков древних организмов ученые до того, как была сформулирована теория массовых вымираний. Почему людям было проще поверить в живого дракона, чем в вымершее животное, и какие еще небылицы сочиняли про окаменелости, рассказывает в книге «О чем молчат рыбы» морской биолог Хелен Скейлс. «Нож» публикует фрагмент о том, как с помощью зуба древней акулы натуралисты эпохи Просвещения узнали, что не все животные выжили со времен Ноя.
В XVII в., когда британский натуралист Джон Рей составлял свою злополучную книгу «История рыб», которая чуть не погубила Лондонское королевское общество, он изучал не только ныне живущих животных и растения, но и ископаемых. И он столкнулся с вопросами, которые будут преследовать его всю жизнь. Как окаменелости попали в землю и горные породы и как они образовались?
В то время выдвигалось множество теорий, объясняющих появление и исчезновение ископаемых остатков.
Широко была распространена идея, что окаменелости образованы самими камнями, пытавшимися воплотиться в живых существ. Согласно другой теории, они были морскими существами, выброшенными на сушу во время великого библейского потопа.
Ни одна из этих идей Джона Рея не устраивала. Он был религиозным человеком и признавал, что некоторые, но не все ископаемые остатки могли происходить из времен Ноя, однако он своими глазами видел, что они не лежат все вместе в одном слое горных пород, чего следовало бы ожидать, если бы они все оказались на суше в результате единственного катастрофического потопа.
Вместо этого в различных местах, где побывал, он находил окаменелости в отдельных пластах. Более того, дожди и водные потоки во время наводнений скорее смыли бы любых существ в море, а не наоборот. Он сомневался, что великий потоп мог перенести животных из моря на землю, тем более в горы.
В своих путешествиях Рей побывал на средиземноморском острове Мальта и видел среди горных пород высоко в горах аккуратные треугольные камни, в то время известные как glossopetrae (от греческих слов glossа и petra — «язык» и «камень»).
В Средние века люди верили, что эти «каменные языки» обладали большой силой, и носили их как кулоны или зашивали в специальные карманы в одежде.
Плиний Старший писал, что эти камни падают с небес во время лунного затмения, в то время как другие люди верили, что это превратившиеся в камень языки змей и драконов.
Однако Джон Рей ясно видел, что эти камни выглядели как акульи зубы. До этого Рей встретился в Монпелье (Франция) с датским анатомом Нильсом Стенсеном, и вполне вероятно, что они обсудили происхождение окаменелых остатков.
Стенсен известен в том числе и своими тщательными исследованиями анатомии белой акулы. Когда он с ней познакомился, она была не более чем отрубленной головой.
Эту акулу заметили у западного побережья Италии рыбаки, которые поймали ее с помощью петли, вытащили на землю, привязали к дереву и забили до смерти.
Голову акулы отвезли во Флоренцию, где Стенсен провел вскрытие и исследовал различные анатомические детали, включая поры на морде, которые позднее были описаны одним из учеников Стенсена, Стефано Лоренцини (в честь которого были названы электрочувствительные органы — ампулы Лоренцини).
Когда Стенсен увидел вблизи зубы белой акулы, он понял, что glossopetrae — окаменевшие зубы акул, выпавшие много лет назад. Они были погребены под илом, который сохранил их, изменив химический состав и превратив в камень.
Стенсен не был первым, кто догадался об истинной природе «каменных языков», но он выдвинул аргументы, которые начали изменять взгляды на происхождение окаменелостей.
Одно дело — узнать акульи зубы в камнях, и совсем другое — столкнуться с головоломкой, как Джон Рей, обнаруживший окаменелые останки, которые не были похожи ни на одно современное животное.
Могли ли эти окаменелые ныне животные жить давным-давно и с тех пор вымереть? Эта идея противоречила его религиозным убеждениям. По представлениям Рея, всемилостивый и мудрый бог не мог позволить своим идеальным творениям исчезнуть с лица Земли, а значит, полное вымирание невозможно.
Читайте также
И Рей нашел способ обойти эту проблему — он считал, что эти экзотические животные, заключенные в камень, всё еще существуют где-то на Земле; со временем кто-нибудь их обязательно обнаружит.
В принципе, это не такая уж невероятная идея. В конце концов, целаканты считались вымершими до тех пор, пока живой их представитель не был пойман у берегов Южной Африки в 1938 г. Но целаканты — это очень редкий случай.
Можно с уверенностью сказать, что никакие скрывающиеся от людских взоров динозавры не бродят по девственным джунглям, а гигантские доисторические акулы не прячутся на дне Мариинской впадины. Так много людей сегодня исследуют нашу планету, что кто-нибудь бы их уже давно заметил.
Идея вымирания начала приживаться только в следующем веке благодаря работам французского зоолога Жоржа Кювье. Одновременно с составлением каталога всех ныне живущих рыб в своем многотомном труде «Естественная история рыб» он планировал сделать то же самое с ископаемыми рыбами.
В 1831 г. молодой швейцарский ученый Луи Агассис навестил Кювье в Национальном музее естественной истории в Париже за несколько месяцев до его смерти. Перед этим они некоторое время переписывались, и Кювье был впечатлен работой Агассиса, посвященной рыбам реки Амазонки.
Агассис планировал написать книгу об ископаемых рыбах Центральной Европы и опасался, что тем самым наступает Кювье на пятки. Но после посещения Парижа его амбиции только возросли.
Кювье несколько месяцев наставлял Агассиса и, видя его способности и преданность предмету, передал ему все свои записи и рисунки ископаемых рыб из знаменитых коллекций парижского музея.
Агассис много лет изучал эти, а также многие другие окаменелости со всей Европы, в том числе находки из древнего красного песчаника в Шотландии, и с 1833 по 1843 г. опубликовал пять роскошно иллюстрированных томов своего труда «Исследования ископаемых рыб» (Recherches sur les poissons fossiles).
На страницах этих книг были тысячи подробных изображений окаменелостей, включая и такие, которые считались в то время остатками черепах или огромных жуков. Агассис назвал их плакодермами (пластинокожими), но считал, что они относятся к бесчелюстным (образцы, на которых были видны внутреннее строение черепа и структура челюстей, были исследованы только в 1920-х гг.).
Эти странные рыбы не были похожи ни на одну из современных рыб, ныне плавающих в морях, и, без сомнения, Кювье отнес бы их к вымершим видам.
За много лет до этого Кювье выдвинул свою теорию вымирания видов. Он провел подробные анатомические исследования слоновьих костей, обнаруженных рядом с Парижем. По их размеру и форме он определил, что они точно не принадлежат слонам, живущим в Индии и Африке.
Он был убежден, что третий вид не может просто где-то прятаться. Слоны слишком большие животные, чтобы их не заметить. Парижские кости должны принадлежать слону, который больше не существует (впоследствии он назвал его мастодонтом).
Кювье написал: «Все эти факты доказывают, что до нашего мира существовал другой мир, уничтоженный в результате какой-то катастрофы». Он предположил, что повторяющиеся катастрофы случались каждые несколько миллионов лет и почти полностью уничтожали жизнь на Земле.
Катастрофы Кювье сейчас называются массовыми вымираниями, и в истории Земли было пять таких крупных вымираний. Причины в каждом случае были разными, хотя часто эти катастрофы были связаны с быстрым изменением мирового климата и затрагивали определенные группы живых существ.
Читайте также
Первое крупное вымирание произошло в конце ордовикского периода, примерно 443 млн лет назад и привело к гибели более половины морских обитателей.
Второе представляло собой серию вымираний, прошедшую по морям в конце девонского периода. На огромных территориях вымерли тропические рифы, включая те, что потом образовали формацию Гоугоу. Три четверти видов рыб исчезли. Численность бесчелюстных сократилась.
Конодонты понесли серьезные потери; телодонты вымерли; последние галеаспиды и костнопанцирные еще какое-то время плавали, но в конце девона эти остракодермы с огромными бронированными головами тоже пропали из морей.
Целаканты стали редкими, двоякодышащие были вытеснены из морей и выжили только в пресных водах, а плакодермы перестали вовсе существовать.
Считается, что эти катастрофические изменения были запущены процессами, происходящими на суше. В это время животные на земле только появились. Беспозвоночные первопроходцы уже некоторое время как выползли из воды, и земноводные начали прыгать вокруг на своих недавно приобретенных ногах.
Растения тем временем осваивали сушу совершенно иначе. Они в нерешительности топтались на границе водоемов и по сырым местам уже около 100 млн лет, но в конце девонского периода наконец-то начали осваивать и более сухие местообитания.
Впервые высокие деревья закрывали небо. Леса распространились по планете, и густые кроны активно фотосинтезировали, поглощая углекислый газ в огромных масштабах.
В результате произошло истощение изоляционного слоя парниковых газов — обратный процесс тому, что происходит сейчас с антропогенными углеродосодержащими выбросами, — и температура на Земле упала. Наступил ледниковый период.
Вода замерзла и превратилась в ледники, уровень моря упал, и мелкие моря, где еще недавно было столько водной живности, высохли.
Зеленеющие континенты могли заставить и моря зазеленеть, высасывая оттуда кислород и убивая морских животных.
Корни растений проникали в горные породы, разрушая их, формируя почву и высвобождая питательные вещества, которые смывались в моря.
До сих пор не до конца понятно, почему определенные группы организмов, особенно среди рыб, исчезли во время девонского вымирания, продолжавшегося миллионы лет, и нет единого мнения на этот счет.
Ясно только одно: жизнь в океанах претерпела значительные изменения. Плакодермы больше не были доминирующими хищниками, патрулирующими открытое море и атакующими добычу на дне. После себя они оставили огромные пустые ниши в водных экосистемах, которые нужно было заполнить.
Окаменелости – определение, виды и формирование
Определение
Ископаемое – это минерализованная частичная или полная форма организм или деятельности организма, которая была сохранена в виде слепка, слепка или плесени. Окаменелость дает материальное, физическое доказательство древней жизни и обеспечила Основы теории эволюции при отсутствии консервированных мягких тканей.
обзор
Корень слова «ископаемое» происходит от латинского глагола «копать» (fodere). Сохраненный неорганический объект не является ископаемым. То же самое относится к мумификации, высыханию и заморозке микроорганизмы Так как минерализация не является характерной чертой этих процессов.Ископаемая форма зависит от материала, в котором оно сохранилось, и древней среды, Окаменелости могут также представлять движение и деятельность организма в виде следов и скучных дыр. насекомое в ловушке янтаря является ископаемым подтипом, известным как включение; изначально мягкая смола хвойного дерева превратилась в каменьоподобный янтарь с хитиновый скелет насекомого внутри сохранилось, как показано ниже.
Типы окаменелостей
Ископаемые типы сгруппированы в соответствии с процессом, в котором они сформировались, или с доказательствами, которые они оставили. Метод образования окаменелостей называется фоссилизация, Оптимальными условиями для окаменения являются то, что организм похоронен очень скоро после его смерти и в отсутствие бактериального или грибкового распада, что минеральные воды и осадки окружают участок, а непосредственная среда холодная и гипоксическая.
сжатия
Сжатия являются наиболее распространенной ископаемой формой, особенно у растений, где некоторые или весь оригинальный организм оставлен в качестве отпечатка, поскольку организм медленно сжимается между слоями осадка, Это означает, что ископаемые остатки сжатия часто искажаются. Уголь, ископаемое топливо, является примером сжатия, когда сочетание упавшей растительности на гипоксическом болоте образовало осадок, который медленно сжимался под вертикальными давлениями болотного ила и в течение приблизительно 300 миллионов лет. Таким образом, уголь, источник энергии ископаемого топлива, далек от возобновляемого источника.
Окаменелость плесени является эквивалент гипсовой формы восковой модели, Если организм попадает в осадок, разложение происходит очень медленно, так как осадок высыхает и становится камнем. Когда скала раскололась миллионы лет спустя, в скале можно увидеть впечатление организма, как и в раковине, показанной ниже.
Следы, Следы и Следы
Следовые окаменелости, также называемые ichnofossils, говорят нам о поведении организма, а не представляют его анатомическую форму. Следы делятся на четыре подгруппы – следы, следы, копролиты и гастролиты. Следы – это следы, отпечатки лап или отпечатки когтей, которые покрываются осадком до того, как они смываются дождем или волной. Следы, как правило, создаются не ногами, а щупальцами, ползучими узорами змей и червей или ямами доисторических жуков. На картинке ниже показан трек тиранозавра.
Как формируются ископаемые?
Как уже упоминалось, идеальные условия для окаменения немедленное захоронение в гипоксических, богатых минералами отложениях в условиях низкой температуры. Эти элементы делают существование окаменелостей редким. Четыре типа процесса способствуют образованию окаменелости. Это минерализация, карбонизация, инкрустация и дистилляция. Они происходят, как только организм оказался в ловушке в окружающем осадке, и в первую очередь зависят от минерального состава ила и воды.
минерализация
Минерализация является наиболее распространенным процессом в окаменелости. Вода в отложениях содержит минералы, которые со временем медленно заменить ткани исходного живого организма, Наиболее распространенными минералами, которые способствуют процессу окаменения, являются карбонат кальция, сульфид железа, карбонат железа, фосфат кальция и диоксид кремния (кремний, диоксид кремния или кварц).
Карбонизация и дистилляция
Инициирование карбонизации требует определенного типа бактерии это создает анаэробную среду, лишенную кислорода или азота. Эта бактерия превращает растительную жизнь в углерод. При миллионах лет вертикального сжатия эти древние углеродные месторождения превращаются в угольные месторождения. Дистилляция описывает процесс, с помощью которого образуются углеродная пленка или фитолейм. Это крайне редкое явление, но может дать прекрасное изображение мягких тканей. Окаменелости, полученные перегонкой, обычно плохо сохраняются, хотя возможны значительные внешние детали.
Инкрустация
Инкрустация происходит в присутствии минералов – обычно карбоната кальция – откладывается в различных слоях поверх остатков организма. Когда приливы поднимаются и опускаются или уровень воды колеблется, минералы медленно образуют плесень. В то время как минерализация заменяет органическое вещество, инкрустация покрывает его, Минерализация будет формировать отливку, инкрустировать форму.