Палеонтологічні дослідження

План

Вступ

1. Палеонтологія докембрія

2. Бактеріальна палеонтологія

3. Молекулярна палеонтологія

4. Біосферний напрямок

5. Палеобіогеографічний напрямок

6. Традиційні напрямки11

Висновок

Використана література

Вступ

Палеонтологія - це наука, що досліджує викопні рештки організмів. Через специфіку і розмаїтність досліджуваних об'єктів палеонтологія використовує безліч різних методів. На початковому етапі розвитку дослідження в палеонтології були спрямовані на з'ясування й опис розмаїтності органічного світу минулого, створення систематик і з'ясування взаємин викопних груп. Пізніше чітко позначилися цілком самостійні напрямки: таксономічний (розмаїтість, систематика, регіональні фауни і флори); морфофункціональний й еволюційно-морфологічний; палеоекологічний; микроструктурно-гістологічний; палеобіогеохімічний; палеобіогеографічний; біостратиграфічний та ін. Останнім часом відокремилися палеонтологія докембрія, молекулярна палеонтологія, бактеріальна палеонтологія, біосферний напрямок. Така диференціація палеонтологічних досліджень визначається принаймні двома причинами. По-перше, задачі палеонтології значно збагачуються її кооперацією з іншими областями біологічних і геологічних наук, а по-друге, розширюються з розвитком методичної бази (впровадженням електронної мікроскопії, томографії, мікроаналізаторів, комп'ютерної техніки).

Відокремлення нових напрямків не означає, що результати традиційних досліджень втрачають своє значення. Традиційні описи нових таксонів і регіональних фаун і флор завжди були і будуть залишатися фундаментом палеонтології, оскільки без поповнення саме цих даних всі інші дослідження можуть швидко втратити зміст, позбавившись основи. Зупинимося на самих яскравих досягненнях останніх років, як у традиційних, так і в нових напрямках.

1. Палеонтологія докембрія

Сам термін був введений порівняно недавно (наприкінці 60-х років) Б. С. Соколовим. Цей напрямок пов'язаний з вивченням органічного світу на інтервалі, рівному приблизно 7/8 тривалості історії Землі. Розвивається він в даний час дуже бурхливо. Ще не так давно вважалося, що в докембрії практично не було життя, принаймні макроскопічно помітного. Тому весь докембрія називався "криптозою" (ера прихованого життя). Величезна кількість нових знахідок від макроскопічних до молекулярних дало можливість створити більш-менш достовірну загальну картину еволюції органічного світу і біосфери докембрія. Ще кілька років тому назад вважалося, що перші багатоклітинні організми з'явилися лише у венді (650-550 млн. років), а одноклітинні еукаріоти — приблизно 1,2-1,3 млрд. років тому. Тепер ми вже знаємо про знахідки нижчих грибів у породах, вік яких складає близько 2,2 млрд. років, і перших багатоклітинних тварин і їхніх слідів у породах, чий вік оцінюється в 1,4 млрд. років. Зовсім унікальні результати отримані в результаті аналізу розмаїтості і просторового поширення так званої вендо-едоакаріотської фауни. Її специфіка полягає в тому, що всі її представники ще не мають кістяка. Сьогодні вже описані багато десятків видів, і виявлені вони на всіх континентах.

2. Бактеріальна палеонтологія

Цей напрямок сформувався в останні роки, хоча вивчення викопних бактерій у кременях почався майже 50 років тому. Вважалося, що кремені — єдина порода, де в принципі можна знайти збережені бактеріальні залишки. Однак розвиток палеонтології докембрія й електронно-мікроскопічне вивчення високовуглекислих порід і фосфоритів виявили наявність бактерій практично у всіх осадових відкладах. Експериментально на сучасних ціанобактеріях було показано, що процеси скам'яніння можуть відбуватися в лічені години, у зв'язку з чим ми і знаходимо у викопному стані бактерії, що нерозклалися, дивно гарного збереження. Наслідок цих відкриттів ще важко оцінити. Але вже зараз ясно, що виявлення, наприклад, бентосних ціанобактеріальних матів (ЦОМ) у чорних сланцях змушує переглянути палеогеографічні побудови — ЦОМ повинні були утворюватися у фотичній зоні (у зоні проникнення світла).

Повсюдне виявлення бактерій в осадових породах дає підставу думати, що багато аспектів теорії опадоутворення повинні бути переглянуті, оскільки сьогодні уже важко уявити собі процес осадження в епіконтинентальних басейнах минулого без участі бактерій. Виявлення ж ЦОМ у докембрійських породах веде і до переоцінки перспектив нафтогазоносності древніх товщ, що вважалися звичайно малоцікавими з погляду нагромадження органічної речовини. Однак з урахуванням величезної продуктивності сучасних ЦОМ такий погляд має потребу в перегляді, оскільки немає основ думати, що продуктивність древніх ЦОМ була нижче, ніж сучасних. Утеоретичному плані дані бактеріальної палеонтології тісно пов'язані з з'ясуванням величезного значення прокаріотичної біосфери минулого і її трансформації в еукаріотичну.

3. Молекулярна палеонтологія

Дуже серйозні результати в останні роки були отримані в області вивчення біомаркерів. Це напрямок найчастіше називають молекулярною палеонтологією. Вона вивчає молекулярні сліди життєдіяльності організмів минулого, з'ясовуючи по них характер еволюції як живих організмів, так і біосфери в цілому. Залишки органічних молекул, первинних чи перетворених, часто стійкі до зовнішніх впливів і зберігаються досить добре. Розмаїтість органічних сполук зростає з еволюцією (ускладненням) органічного світу. Крім того, деякі органічні сполуки, що зберігаються у викопному стані, специфічні для тих чи інших конкретних груп. Так, у бактерій для їхньої систематики використовується жирнокислотний склад ліпідів, у рослин — фенольні з'єднання, алкалоїди і багато чого іншого. Особливо цікаві результати досліджень докембрійских хемофосилій, оскільки вони дозволяють визначити час можливої появи эукаріот, потім багатоклітинних і т.д.

У 1969 році основоположник молекулярної палеонтології Кальвін, а пізніше В. Шопф із колегами запропонували перші картини хімічної і біологічної еволюції. Сучасні дані дозволяють внести істотні корективи. В основному вони пов'язані з поступовим "старінням" знахідок, що свідчать про появу эукаріот, багатоклітинних організмів і т.д.

В останні 10 років з'явилися роботи з вивчення ДНК у вимерлих форм. Ці дослідження відкривають можливість виявляти подібність і розходження організмів на основі комплексу молекулярних характеристик. Можна одержати кількісну оцінку подібності порівнюваних форм, обчислити генетичні відстані між ними і навіть оцінити абсолютний геологічний час розбіжності груп.

Перші залишки ДНК вимерлих тварин були виділені зі шкіри кваги в 1984 році. Дослідження показало, що ця тварина була підвидом сучасної зебри.

Вивчення послідовності ДНК, виділеної з кісток і м'яких тканин чотирьох видів новозеландських моа, що вимерли біля тисячі років тому. Виявилося, що ці птахи набагато древніші сучасних нелітаючих ківі. Імовірно, ківі потрапили на острови значно пізніше, ніж вимерлі моа, що жили там уже 80 млн. років тому. У той же час показано близьке споріднення ківі з австралійськими эму.

ДНК була успішно виділена з викопних залишків мамонтів, що датується від 10 до 50 тис. років. Виявлено, що види мамонтів відрізнялися від генетичних маркерів. Генетичні дистанції мамонта від кожного з пологів сучасних слонів приблизно однакові, хоча морфологічні дослідження показують більш близьке споріднення мамонтів з індійськими слонами, ніж з африканськими. Можливо, це вказує на невідповідність темпів еволюції на молекулярному і морфологічному рівнях. Молекулярна палеонтологія, чи палеогенетика, ще дуже молода, і її основні відкриття можна чекати в майбутньому. Дослідження ДНК викопних залишків організмів обмежені поки матеріалом дуже "молодого" віку (тисячі, рідше десятки тисяч років).

4. Біосферний напрямок

Цілеспрямовані дослідження в області еволюції древніх экосистем і біосфери в цілому є значною мірою типово російським явищем, історично пов'язаним із традицією, що бере початок від відомих робіт В. І. Вернадського. Сьогодні цей напрямок знаходиться й у руслі величезного інтересу людства до сучасної екологічної кризи, протистояння якого немислимо без обліку передісторії розвитку біосфери.

Які ж основні результати, отримані в цьому розділі палеонтології? Насамперед в палео-геологічному матеріалі показано, що біосфера — безупинно розвивається, як авторегулуюча система. Для її розвитку характерна циклічність різного масштабу. Було з'ясовано, що тільки зміна розмаїтості є об'єктивним критерієм стану біосфери. На основі вивчення динаміки розмаїтості виявляються різної сили кризи в історії біосфери, а детальне вивчення показує, що вони розвиваються по подібному сценарію, тобто всі етапи кризи (початок, головна фаза і фаза виходу з кризи) характеризуються своїми специфічними ознаками (симптомами), але завжди тими самими. Це дозволяє при виявленні природних трендів в еволюції біосфери більш чітко оцінити можливі наслідки антропогенних впливів.

У попередні два десятиліття в США був створений банк даних по морських організмах, що дозволив проаналізувати динаміку їхньої розмаїтості у фанерозое (від кембрію (540 млн. років) донині). Створений за останні роки в нашій країні банк даних по наземних організмах дав можливість порівняти динаміку морської і континентальної розмаїтості і показати дивну синхронність великих змін, що наводить на думку про існування глобальних причин, що впливають на біосферу в цілому. Біосферні дослідження зажадали розробки нестандартних підходів і в палеобіогеографії.

5. Палеобіогеографічний напрямок

На попередньому етапі розвитку палеобіогеографії найголовнішими питаннями були розробки принципів біогеографічного районування і саме районування. Могутнім проривом у той час було створення С. В. Мейном моделей походження флор, що заклали основу реальної історичної палеобіогеографії. Сьогодні активно ведуться дослідження зі створення моделей походження фаун. Тепер уже досить впевнено можна підтвердити висловлені раніше представлення про досить пізнє формування бореальної області через переміщення материків (континентальних плит), розташованих раніше тільки в південній півкулі. Можна також бути впевненими в тому, що згодом відбувається поступова диференціація (дроблення) біохорій (біогеографічних одиниць). Таким чином, згодом йде наростання кількості біохорій, і вони відповідно до кліматичної зональності розташовуються біполярно. Уперше зроблена спроба знайти підходи до аналізу внутрішньої структури біохорій на основі кількісних оцінок.

Було показано, що фауністичні комплекси проходять у своєму розвитку фази росту, розквіту й упадка. Фаза росту характеризується зародженням чи вселенням у регіон эврібіонтних форм. Під час фази розквіту реєструється масова поява стенобіотних форм і эндеміків. Механізм збільшення екологічної спеціалізації можна представити як дроблення екологічних ніш у результаті конкуренції за ресурсовий простір. Наступна фаза — фаза упадку пов'язана з неминучим вимиранням хитливих стенобіонтних форм. Описані фази аналогічні фазам екологічні сукцесії. Порядок чергування фаз розвитку фауністичного комплексу подібний, тому що контролюється внутрішніми механізмами, такими, як дроблення ніш, конкуренція, вимирання спеціалізованих форм, а час проходження фаз може мінятися в залежності від зовнішніх впливів. Циклічна зміна періодів космополітизму, наприклад: у ранньому силурі, пізньому девоні, ранньому карбоні, ранньому тріасі, і провінціалізму, наприклад: у ранньому ордовиці, ранньому девоні, пізній пермі, принципово прогнозована, якщо врахувати згадані авторегуляторні цикли. Крім ізоляційних механізмів, пов'язаних з палеогеографічними змінами, космополітні фауни з'являються завжди після масових вимирань, насамперед у зв'язку з вимиранням спеціалізованих форм.

6. Традиційні напрямки

Тепер зупинимося на деяких результатах традиційних напрямків досліджень у палеонтології. Поповнення зведень по розмаїтості організмів древніх епох відбувається звичайно з трьох джерел. Це, по-перше, нові надходження з конкретних регіонів, по-друге, поповнення інформації за рахунок цілеспрямованих зборів по конкретному відрізку, по-третє, цілеспрямовані збори по якій-небудь групі організмів. Найбільш могутній сплеск нової інформації з розмаїтості минулих епох відбувся в зв'язку з початком інтенсивних палеонтологічних робіт з Південної Америки, інформація з палеонтології якої була раніше вкрай убогою. Могутній потік нової інформації продовжує надходити і з Китаю.

Опис усе нових і нових викопних організмів по деяких інтервалах прямо корелює з проведенням міжнародних робіт з удосконалювання єдиної міжнародної стратиграфічної шкали. Уточнення границь, вибір стратотипів стратиграфічних підрозділів, що проводять міжнародні робочі групи, приводять до інтенсивного вивчення органічного світу суміжних інтервалів. Приведемо лише відомий приклад, пов'язаний з вибором границі кембрію і докембрія. На початку робіт (кінець 60-х) у прикордонних відкладеннях кембрію і докембрія було відомо всього 15-20 видів, а вже через 10 років були описані сотні.

Третє джерело — спеціальне вивчення якої-небудь із груп організмів. Наприклад, за останні 15 років відбувся дійсний інформаційний вибух в області вивчення історичного розвитку класу птахів. Тільки кількість відомих видів викопних птахів стала в два рази більшою, ніж було їх встановлено за попередні сто років вивчення починаючи із середини XIX століття. Був відкритий новий інфраклас птахів — энанціорніси. Значно більше ми стали знати і про інших крейдових і палеогенових птахів. Наприклад, стало відомо, що зубаті нелітаючі гесперорніси пізньої крейди жили не тільки в узбережжях Північної Америки, але й на берегах Європи й Азії.

Палеонтологія дала величезний матеріал для розробки теоретичних аспектів біології, і насамперед теорії еволюції. Необоротність еволюції, наприклад, не могла б бути показана без наявності палеонтологічного матеріалу. Останнім часом саме палеонтологічний матеріал дав можливість обґрунтовувати одну з найважливіших теоретичних концепцій. На різних групах хребетних було показано, що морфофункціональні переходи на більш високі таксономічні рівні відбувалися мозаїчно і паралельно на базі вихідної організації, риси якої зберігалися довгий час у представників нової групи.

У тому ж ключі можна розглядати і проблеми походження квіткових рослин. Раптова поява в геологічному літописі і широке поширення покритосеменних Ч. Дарвін назвав огидною таємницею, оскільки вона зовсім не в'язалася з його представленнями про поступовість еволюції. Широкий розвиток палинологічних досліджень і ретельне вивчення місцезнаходжень макроскопічних залишків флори дозволили в корені змінити ситуацію.

Висновок

Палеонтологія дала цілісну, хоча і не дуже детальну картину для всієї Землі, так що не залишилося місця для домислів про географію. Детальні дослідження багатьох, у тому числі давно відомих і бідних залишків, місцезнаходжень дозволили одержати не тільки звичайний матеріал по листю і деревині, але і численні квіти і квітоподібні органи безпосередніх попередників.

Таким чином, дослідження останнього десятиліття в палеонтології дали можливість докорінно змінити наші представлення по двох основних позиціях. По-перше, у результаті інтенсивного вивчення докембрія стало ясно, що поява високоорганізованих форм життя відбувалася набагато раніше, ніж ми звичайно собі представляли. І по-друге, розвиток робіт з вивчення історичних закономірностей еволюції біосфери (а це можливо тільки на палеонтологічному матеріалі) ясно показало, що біосфера є добре збалансованою, що циклічно розвивається авторегулюючою системою, що пережила всі зовнішні збурювання за 4,5 млрд. років існування Землі. Стало ясно, що тільки вивчення природних трендів, еволюції компонентів біосфери і симптомів криз минулого може дати реальне представлення екологічної стратегії поводження людини в умовах антропогенної кризи.

Використана література:

1. Розанов А. Ю. Що відбулося 600 мільйонів років назад. М.: Наука, 1986.

2. Розанов А. Ю., Заварзін Г. А. Бактеріальна палеонтологія // М.: Наука, 1996.

3. Сучасна палеонтологія. М.: Надра, 1988. Т. 1.

4. Сучасна палеонтологія. М.: Надра, 1988. Т. 2.