Объекты палеонтологических исследований

Объектами палеонтологических исследований являются любые иско­паемые органического происхождения. Ископаемые, или фоссилии (погребенный, ископаемый), классифицируются с различных позиций. С точки зрения эволюционного уровня организации выделяют царства, типы, классы и т. д. По образу жизни и условиям обитания различают наземные и водные ископаемые организмы, а среди по­следних выделяют донные и пелагические.

Классификация ископаемых по категориям сохранности. Если рас­положить ископаемых по степени полноты и характеру сохранности, то получится следующая классификация категорий сохранности: 1) пол­ная сохранность организма (скелет + мягкое тело), 2) скелет и его фрагменты, 3) отпечатки мягкого тела и скелета, 4) ядра, 5) следы жизнедеятельности, 6) продукты жизнедеятельности, 7) органические молекулы или их фрагменты.

1. Полная_сохранность организма встречается крайне редко и при­суща преимущественно животным и растениям четвертичного времени. Такие ископаемые настолько близки по сохран-ности и облику к современным организмам, что их называют субфоссилиями, т. е. почти иско-паемыми (лат. sub— под, около). Самыми знаменитыми субфосси­лиями являются мамонты в вечной мерзлоте, носороги в горном вос­ке — озокерите, насекомые в янтаре, а из растений — семена, орехи, шишки и древесина в торфяниках.

2. Скелеты или их фрагменты составляют подавляющее большинство ископаемых. Такие ископаемые являются основными исходными объ­ектами изучения палеонтологии. К ним относятся раковины и скелеты животных, а_также оболочки бактерий, стебли, стволы, корни, споры, пыльца и, кроме того, эпидермально-кутикулярные образования растений.

3. Отпечатки_или оттиски сохраняются в ископаемом состоянии как от растений, так и от животных и встречаются довольно часто. Отпечатки мягкого тела животных известны из немногих местонахождений, но их число благодаря специальным исследованиям все возра­стает. В венде известны уникальные отпечатки мягкого тела бесскелетных животных, принадлежащих медузоидам, червям, членистоногим и группам неясного систематического положения. Из них самое известное местонахождение — в Австралии (Эдиакара). На территории такие местонахож-дения вендской биоты открыты на Украине в Подольском Приднестровье, в России в Архан-гельской области, Предуралье. Для мезозоя уникальные отпечатки различных организмов найдены в юрских золенгофенских сланцах.

4. Ядра в отличие от отпечатков являются образованиями объемными. Они представляют собой слепки определенных полостей. Различают внутренние и внешние ядра. Внутренние_ядра образуются при заполнений гюр6дой внутренней полости раковины или мягкого тёла. Широко известны внутренние ядра раковин двустворок, гастропод, аммонитов и других животных. Часто встречаются внутренние ядра сифонов головоногих и очень редко внутренние ядра медуз и по­лостей мягкого тела. Внешние ядра формируются при заполнении по­родой полости, возник-шей после разрушения организма. Такие ядра сохраняют строение внешней поверхности и полостей тела и скелета. Внешние различия между внутренними и внешними ядрами особенно
хорошо видны у скульптированных двустворок. У них внутренние ядра гладкие, а внешние — различно орнаментированы.

Скелеты и их фрагменты, отпечатки и ядра образуют группу на­стоящих ископаемых, т. е. эуфоссилии (греч.— хороший), так как они сохраняют в той или иной степени форму и строение организма.

5. Следы жизнедеятельности_ встречаются часто. Они представля­ют собой следы пере-движения по поверхности грунта (хождения, ползания) и внутри его (ходы и норки зарываю-щихся и сверлящих жи­вотных). Для следов жизнедеятельности предложен общий термин — ихнофоссилии (греч. 1сппоз — след). Ихнофоссилии, за редким исклю­чением, не сохраняют строения организма, но систематическое поло­жение иногда по ним определить можно. Особенно впечатляющи следы динозавров и копытных.

6. Продукты жизнедеятельности в отличие от следов жизнедея­тельности представляют собой конечные продукты обмена веществ и поэтому выделяются нами в отдельную категорию — копрофоссилии: (греч. корros — навоз, помет). Продукты жизнедеятельности червей,
и других грунтоедов сохраняются в виде валиков различной конфигурации, членистоногих — в виде холмиков, нередко расположенных звездообразно. От позвоночных остаются копролиты. Но осо­бенно удивительными кажутся продукты жизнедеятельности бактерий и цианобионтов в виде железной руды (джеспилиты), серы, нефти, из­ вестняков (строматолиты) и т. д.

7. Органические молекулы бактериального, цианобионтного, расти­тельного и животного происхождения, извлеченные из пород, образуют категорию хемофоссилий (греч. — химия). Хемофоссилий стали интенсивно изучать в связи с проблемами происхождения нефти и про­
исхождения жизни (палеобиохимия).

Характер сохранности отпечатков, ядер, следов и продуктов жиз­недеятельности приводит к тому, что их систематическое положение часто трактуют неправильно. В палеонтологической литературе как ископаемые медузы были описаны ядра инволютных аммонитов, отпе­чатки округлых двустворок и водорослей, конечные продукты жизне­деятельности крабов, следы сверления губок. За ископаемые растения принимали отпечатки крыльев насекомых и следы ползания червей.

К ископаемым организмам иногда относят различные минеральные агрегаты и литологические структуры. Радиальнолучистые агрегаты целестина были описаны как кораллы—хететиды, изолированные иголь­чатые кристаллы — как одноосные спикулы губок, трещины усыхания — как радиальные каналы пищеварительной системы медуз, минераль­ные дендриты — как растения. Такие образования получили название псевдофоссилий (греч. pseudos— ложь).

Ископаемые и их скелеты. Наиболее распространенная категория ископаемых — это скелеты, следы и продукты жизнедеятельности. Под скелетом (греч. skeleton— высохшее) у позвоночных понимают сово­купность костей и хрящей. У беспозвоночных скелетами называются, любые плотные структуры минерального и органического состава. На­пример, скелеты фораминифер, иглы акантарий, раковины двустворок и брахиопод, панцири членистоногих, таблички иглокожих, статолиты медуз, челюстной аппарат червей и т. д. У бактерий скелетами можно считать плотные органические или минерализованные оболочки. У низ­ших растений скелетами считаются кремневые створки диатомовых водорослей, известковые «плоды» харовых, известковые панцири кокколитофорид и другие минеральные образования. Органический скелет у высших растений представлен оболочками спор и пыльцы, лигнином, целлюлозой и т. д.

Скелеты по способу образования, делятся на агглютинированные и секреционные. Агглютинированные (лат. agglutinare— приклеивать) скелеты возникают за счёт склеивания инородных частиц. Состав и размер частиц совпадают с теми, которые слагают дно бассейна. Боль­шинство организмов используют любые частицы субстрата, некото­рые — избирательно, определенного размера или состава, например, только гранатовые зерна, фрагменты панциря кокколитофорид либо спикулы губок. Агглютинированные скелеты известны у простейших (фораминиферы, тинтинниды), губок, книдарии (гидроидные), червей и членистоногих (ручейники). Цементом служат различные органиче­ские выделения организма, например хитин, слизь, паутинные обра­зования.

Секреционные (лат. secrecio— отделение) скелеты образуются за счет выделений клеток (внутри- и внеклеточно) и тканей (рис. 7). 'Секреционные скелеты могут быть органическими и..минеральными. Органические скелеты, хотя и состоят из молекул сложного строения, для организма являются самыми простыми. Это обусловлено тем, что организм сам построен из подобных молекул. Органические скелеты в эволюции появились раньше агглютинированных или одновременно с ними. По составу органические скелеты могут быть хитиновыми, хитиноподобными, шелкоподббными (спонгин), роговыми (близкие к шел­ку и соединительной ткани). К органическим скелетам относятся также целлюлоза и другие образования растений.

Хитиновыми скелетами обладают одноклеточные животные (фора-миниферы и др.), книдарии (гидроидные, конуляты, единичные акти­ния), черви, членистоногие, брахиоподы, некоторые мшанки. У мно­гих беспозвоночных наблюдаются обызвествление (СаСО₃) и фосфатизация (СаРО₄) органических скелетов (конуляты, членистоногие, без­замковые брахиоподы). Хитиноподобные скелеты известны у граптолитов (граптин), хитиновой и акритарх. Роговые скелеты развиты у восьмнлучевых кораллов.

Секреционные минеральные скелеты являются объектами интенсивного изучения в разделе биоминерализация. Наиболее распростра­нены минеральные скелеты известкового, кремневого и фосфатного составов. Одноклеточные животные акантарии строят уни­кальный скелет целестинового состава (5г5О4). Наиболее распространены -известковые -скелеты, обычно в моди­фикации кальцита и арагонита. Они встречаются во всех пяти цар­ствах: у бактерий, циано-бионтов (строматолиты), грибов, растений (харовые водоросли, красные водоросли, зеленые водоросли, кокколитофориды) и животных.

Кремневые скелеты, или опаловые (5Ю2-Н₂О), встречаются у примитивных животных и низших растений. Кремневые скелеты имеют простейшие животные из типа саркодовых (фораминиферы, солнечни­ки, радиолярии), губки, из растений — диатомовые водоросли и крем­невые жгутиковые (динофлагелляты).

Фосфатные скелеты обычно представлены фосфатом кальция (СаРО₄) или фосфорнокислой известью. Такие скелеты встречаются у различных ископаемых кембрия, конодонтов, а также у статолитов медуз. Нередко фосфатная составляющая пропитывает органические скелеты, придавая им темно-бурый или почти черный цвет, как, напри­мер, у конулят и беззамковых брахиопод. Фосфатная биоминерализа­ция широко встречается у позвоночных животных. Кроме первичной фосфатизации, по-видимому, встречается и вторичная диагенетическая,. возникающая в процессе фоссилизации.

Секреционные органические и минеральные скелеты имеют раз­личные минеральные компоненты, содержащие цинк, марганец, фосфор, обычно в виде фосфата кальция и апатита, железо в виде окислов, а также магнетита, пирита и лимонита. В настоящее время обнаружена около 40 минералов, входящих в состав скелетов (см. табл. 1).

Считается, что скелеты формируются на конечных стадиях мета­болизма, когда избыточные продукты обмена веществ переходят в раз­ряд инертных соединений. Есть образное выражение «скелет — это шлаки организма». Скелеты появились не для того, чтоб исполнять, функцию защиты, опоры, украшения. Они возникли как продукты жиз­недеятельности организма. Появившиеся скелетные образования стали выполнять определенные функции. Скелеты, занимающие внешнее по­ложение по отношению к организму, становятся его защитой и убежи­щем, а их внутренние поверхности выполняют функцию прикрепления' различных структур мягкого тела. Скелеты, находящиеся внутри орга­низма, выполняют опорную роль и также служат местом прикрепления; разных структур мягкого тела.

Наиболее распространены известковые скелеты, обычно в моди­фикации кальцита и арагонита. Они встречаются во всех пяти цар­ствах: у бактерий, цианобионтов (строматолиты), грибов, растений (харовые водоросли, красные водоросли, зеленые водоросли, кокколитофориды) и животных.

Кремневые скелеты, или опаловые (SiO₂ ^. 6Н₂О), встречаются у примитивных животных и низших растений. Кремневые скелеты имеют простейшие животные из типа саркодовых (фораминиферы, солнечни­ки, радиолярии), губки, из растений — диатомовые водоросли и крем­невые жгутиковые (динофлагелляты).

Фосфатные скелеты обычно представлены фосфатом кальция-(СаРО) или фосфорнокислой известью. Такие скелеты встречаются у различных ископаемых кембрия, конодонтов, а также у статолитов медуз. Нередко фосфатная составляющая пропитывает органические скелеты, придавая им темно-бурый или почти черный цвет, как, напри­мер, у конулят и беззамковых брахиопод. Фосфатная биоминерализа­ция широко встречается у позвоночных животных. Кроме первичной фосфатизации, по-видимому, встречается и вторичная диагенетическая,. возникающая в процессе фоссилизации.

Секреционные органические и минеральные скелеты имеют раз­личные минеральные компоненты, содержащие цинк, марганец, фосфор,, обычно в виде фосфата кальция и апатита, железо в виде окислов,, а также магнетита, пирита и лимонита. В настоящее время обнаружено около 40 минералов, входящих в состав скелетов.

Считается, что скелеты формируются на конечных стадиях мета­болизма, когда избыточные продукты обмена веществ переходят в раз­ряд инертных соединений. Есть образное выражение «скелет — это шлаки организма». Скелеты появились не для того, чтоб исполнять, функцию защиты, опоры, украшения. Они возникли как продукты жиз­недеятельности организма. Появившиеся скелетные образования стали выполнять определенные функции. Скелеты, занимающие внешнее по­ложение по отношению к организму, становятся его защитой и убежи­щем, а их внутренние поверхности выполняют функцию прикрепления' различных структур мягкого тела. Скелеты, находящиеся внутри орга­низма, выполняют опорную роль и также служат местом прикрепления; разных структур мягкого тела.

Породообразующая роль организмов проявляется в трех основных направлениях: 1) накопление минеральных и органических образова­ний за счет массового скопления скелетов животных и растений и жиз­недеятельности бактерий и цианобионтов, 2) обогащение осадка маг­нием, калием, фосфором, железом и другими веществами благодаря грунтоедам и биофильтраторам, 3) изменение механического состава -пород, за счет сверлильщиков и других разрушителей.

Организмы, обладая каким-нибудь преимущественным составом скелета, захватывают из окружающей среды и многие другие элементы и минералы, участвуя в образовании многих горных пород и полезных ископаемых. Бактерии в процессе своей жизнедеятельности создают железные..(джеспилиты) и марганцевые руды, серосодержащие породы,, фосфаты, графит, "нефть и газ. За счет растений возникают различные угли и горючие сланцы, а также смолы (янтарь). Животные, обладаю­щие минеральными скелетами, участвуют в образовании известняков, мергелей, доломитов, а также кремнистых пород и фосфоритовых кон­креций. Горная порода, состоящая из 40% и более ископаемых скеле­тов животных, считается органогенной. Породообразующая роль организмов проявляется в трех основных направлениях: 1) накопление минеральных и органических образова­ний за счет массового скопления скелетов животных и растений и жиз­недеятельности бактерий и цианобионтов, 2) обогащение осадка маг­нием, калием, фосфором, железом и другими веществами благодаря грунтоедам и биофильтраторам, 3) изменение механического состава - пород, за счет сверлильщиков и других разрушителей.

Организмы, обладая каким-нибудь преимущественным составом скелета, захватывают из окружающей среды и многие другие элементы и минералы, участвуя в образовании многих горных пород и полезных ископаемых. Бактерии в процессе своей жизнедеятельности создают железные..(джеспилиты) и марганцевые руды, серосодержащие породы,, фосфаты, графит, нефть и газ. За счет растений возникают различные угли и горючие сланцы, а также смолы (янтарь). Животные, обладаю­щие минеральными скелетами, участвуют в образовании известняков, мергелей, доломитов, а также кремнистых пород и фосфоритовых кон­креций. Горная порода, состоящая из 40% и более ископаемых скеле­тов животных, считается органогенной. Иногда наличие скелета и его массовое захоронение не приводили к образованию породы, что связано уже с законами фоссилизации. Так, одноклеточные животные акантарии, имеющие целестиновый скелет, неизвестны в ископае­мом состоянии, что объясняется растворением их скелета в морской воде после смерти животного. Процесс такого растворения был уста­новлен недавно специальными исследованиями. Они проводились в связи с проблемой использования акантарий для очистки зараженных стронцием бассейнов.

Организмы принимают участие и в образовании особых известко­вых форм рельефа океанов и морей, называемых рифами, имеющими огромную протяженность, мощность и приуроченных к тропическому и субтропическому поясам, как правило к тектонически активным зо­нам

В докембрии рифообразующими организмами были цианобионты (строматолиты), в раннем кембрии — археоциаты и цианобионты, с позднего ордовика по пермь — строматопораты, табулятоморфные и четырехлучевые кораллы, частично мшанки, в мезокайнозое — шести-лучевые кораллы и мшанки. В образовании пермских рифов принимали участие и брахиоподы — а меловых — двустворки (рудисты). На всем протяжении фанерозоя в строении рифов участвовали известковые красные и зеленые водоросли.

Наиболее распространенными органогенными породами являются карбонаты, или известняки, на втором месте стоят кремневые, а на / третьем — фосфатные образования. Перечень названий пород, возник­ших за счет вымерших организмов, дан в описании каждого типа. —

Фоссилизация. Организмы после захоронения подвергаются влиянию различных факторов среды. Они проходят все процессы диагенеза, т. е. физических и химических преобразований при переходе осадка в породу, в которой они заключены. Эти процессы преобразования погибших организмов в ископаемые называют фоссилизацией (лат. — яма,— ископаемое). После гибели организма в пер­вую очередь разрешаются мягкае_т.кади, затем начинается заполнение пустот- «кельта вмещающим осадком или минеральн_ым,и._соединения-ми. Иногда пустоты скелета подвергаются пиритиз'ации, ожелёзнению, часто в них возникают друзы и щетки кальцита, аметиста, флюорита, галенита и т. д. Ископаемые скелеты нередко оказываются заключен­ными в фосфоритовые конкреции. При фоссилизации,,.скелеты., подвер­гаются перекристаллизации, приводящей к более устойчивым минераль­ным модификациям. Например, арагонитовые раковинки "преобразуются в кальцитовые. Нередки случаи минерализации, когда первичный хи­мический состав скелета замещается другими минералами. Так, изве­стковые раковины частично или полностью замещаются водным крем­неземом и наоборот. Также наблюдается фосфатизация, жритизация и ожелезнение минеральных и органических-скелетов,

Растения при фоссилизации обычно разрушаются полностью, чему способствуют процессы гниения и брожения. Тем не менее ископаемые растения обнаружены начиная с докембрия. Чаще всего от растений сохраняются обугленные остатки листьев, листоподобных образований, стеблей, стволов, корней, семян, плодов, шишек, спор и пыльцы. В про­цессе фоссилизации первичные растительные ткани могут разрушаться полностью, и тогда остаются отпечатки и ядра. Нередко при фосси­лизации растительные ткани замещаются различными минеральными соединениями, чаще всего кремнеземом, карбонатом и пиритом. Неко­торые органические образования растений (воск, смола, лигнин, цел­люлоза) сохраняются в ископаемом состоянии, почти не изменяясь.. Минеральные компоненты растений встречаются довольно часто: это кремневые раковинки диатомовых водорослей, известковые «плодовые шарики» харовых растений, известковые пленки и желваки красных водорослей и т. д.