Основные положения и методы палеонтологии

Предмет и задачи палеонтологии

Палеонтология - наука биологического цикла, изучающая органический мир прошлых геологических эпох и закономерности его исторического развития. Материалом для палеонтологии служат любые сохранившиеся в слоях Земли остатки организмов или следы их жизнедеятельности, называемые окаменелостями; или фоссилиями (от лат.^* fossa - яма, ед. ч. - fossile - ископаемое, мн. ч. - fossilia - ископаемые). Слово "палеонтология" в переводе с греческого языка означает учение, или науку, о древних организмах (гр. palaios - древний, ontos - существо, logos - учение).

^* (В дальнейшем при переводе латинские слова будут сокращенно указываться "лат.", а греческие - "гр.", если будет приводиться слово в родительном падеже - "род.", в единственном числе - "ед. ч.", во множественном числе - "мн. ч." )

Остатки организмов сохраняются в осадочных породах только при благоприятных условиях захоронения, при наличии прочного минерального или органического скелета. Очень редко сохраняются мягкие ткани и органы: или при быстрой их минерализации сразу же после гибели организма, или в форме отпечатков. В настоящее время на Земле существует свыше 1 млн. видов животных и растений, часто представленных огромным числом индивидуумов, но они обычно после гибели исчезают совершенно бесследно, если не попадут в благоприятные условия для их сохранения. Поэтому в ископаемом состоянии сохраняется лишь незначительная часть от большого числа ранее существовавших организмов (рис. 1); это особенно наглядно видно на примере членистоногих, число видов которых в настоящее время приближается к миллиону, причем одних жесткокрылых (жуков) в три раза больше, чем всех моллюсков вместе взятых, а в ископаемом состоянии от большого класса насекомых, вероятно, сохранилось не более 1%. И хотя палеонтологическая летопись неполна и несовершенна, она тем не менее служит единственным источником наших знаний о событиях, происходивших на Земле в течение многих миллионов лет, а ископаемые остатки являются своеобразным архивом, в котором хранятся молчаливые свидетели прошлой жизни.

Рис. 1 Относительное количество известных современных и вымерших видов животных. 1° равен 3500 современных и вымерших видов. Площадь сектора, покрытая точками, пропорциональна относительному количеству видов, известных в ископаемом состоянии

Палеонтология связана с зоологией и ботаникой, изучающими морфологию, анатомию современных организмов, их родственные связи и взаимоотношение между собой и с окружающей средой, а также проблемы формо- и видообразования, эволюционного развития. В то же время палеонтология связана с геологическими науками, и в первую очередь с биостратиграфией, исторической геологией, литологией, поскольку изучение органических остатков, заключенных в осадочных породах, с одной стороны, позволяет выяснять их происхождение (например, морские или континентальные осадки), восстанавливать биономические зоны моря, намечать очертания древних материков и океанов, изучать геологическую историю данного региона, восстанавливать картины жизни прошлых геологических периодов, а с другой стороны, позволяет использовать ископаемые остатки для выяснения относительного геологического возраста изучаемых слоев, развитых в регионах, часто удаленных друг от друга на большие расстояния. Эволюция органического мира, ее темпы, особенности и направление всегда находились в тесной связи с особенностями развития Земли, изменениями климатических условий, характером тектонических движений. На основании изучения эволюции организмов, прошлого выделены основные этапы развития Земли и построены геохронологическая и стратиграфическая шкалы, которые более подробно рассмотрены ниже.

Палеонтология состоит из двух крупных разделов: палеозоологии и палеоботаники, которые по мере развития науки все более отдаляются друг от друга и в настоящее время представляют две самостоятельные науки: первая из них связана с зоологией, вторая - с ботаникой.

Палеозоология, изучающая, животный мир геологического прошлого, разделена на палеозоологию беспозвоночных и палеозоологию позвоночных. Палеозоология беспозвоночных, рассматриваемая в этой книге, часто называется палеонтологией беспозвоночных; эти два названия - синонимы. Провести границу между палеозоологией и зоологией обычно легко, так как объектами изучения палеонтологов являются вымершие организмы, существовавшие в геологическом прошлом, а зоологов - современные или недавно вымершие животные. Однако в ряде случаев многие ныне существующие организмы имеют довольно длительную геологическую историю (например, некоторые моллюски, простейшие) и в этих случаях грань между зоологией и палеонтологией становится условной; следует рекомендовать подобные группы изучать совместными усилиями.

Перед палеонтологией стоят задачи, к числу которых относятся:

- изучение видового состава организмов по их ископаемым остаткам;

- изучение их морфологии, особенностей строения, изменчивости;

- изучение изменений отдельных признаков в онтогенезе;

- определение времени существования и ареала каждого изучаемого вида;

- на основании морфофункционального анализа выяснение образа жизни изучаемого вида и особенностей его взаимоотношения со средой;

- изучение конкретных филогенезов для видов, родов и более высоких таксонов и разработка их систематики;

- восстановление основных путей развития изучаемой группы;

- выявление значения изученных видов для биостратиграфии, восстановления физико-географических, палеоклиматических условий, палеобиогеографии абиотических и биотических особенностей геологического прошлого.

Накопленный за последние годы большой палеонтологический материал привел к обособлению в палеонтологии специальных разделов. Выделены: микропалеонтология, тафономия, палеоэкология, экогения, палеобиогеография, палеоанатомия, палеофизиология, палеоэмбриология, палеопатология, палеоихнология, палеотаксиология и ряд других направлений.

Микропалеонтология. Объектом изучения служат остатки мелких и микроскопических организмов, в первую очередь фораминифер, радиолярий, остракод, тинтиннид. Особенно много специалистов работают в настоящее время над изучением фораминифер.

Тафономия представляет собой особый раздел палеонтологии, выделенный И. А. Ефремовым (1940, 1950), занимающий пограничную область между биологией и геологией. Тафономия (гр. taphos - захоронить, nomos - закон) изучает закономерности захоронения и образования местонахождений ископаемых животных и растений. Образование местонахождений, связанное с переходом органических остатков из биосферы в литосферу, осуществляется процессами, происходящими, с одной стороны, в биосфере, с другой - в литосфере. Каждое местонахождение при существующей неполноте геологической летописи, впервые специально рассмотренной Ч. Дарвином, является важнейшим документом палеонтологии; оно позволяет после детального исследования заглянуть в прошлое, восстановить хоть частично жизнь минувших геологических эпох. В раздел тафономии можно включить актуопалеонтологию - особое направление, выделенное Р. Рихтером (1928), содержанием которой является познание особенностей гибели современных организмов и их постмортальных изменений до захоронения в осадке (перенос после гибели, разрушение, рассеивание или, наоборот, концентрация в определенных местах). С актуопалеонтологией тесно связано еще одно направление в тафономии - биостратономия (гр. bios - жизнь, лат. stratum - слой), введенное в литературу И. Вейгельтом (1919), задачей которой является выяснение особенностей пространственного расположения остатков организмов в слое и по отношению друг к другу. Это направление тесно связано с литологией и учением о фациях.

Палеоэкология, по определению Р. Ф. Геккера (1957), занимается изучением взаимоотношений между миром организмов геологического прошлого и средой их обитания, т. е. решает те же задачи, которые ставит экология по отношению к ныне живущим организмам. Палеоэкология выясняет образ жизни вымерших организмов - способы питания, передвижения, нападения, защиты, особенности размножения и жизненные циклы и на основании этих данных восстанавливает условия жизни тех или иных форм или целых сообществ, связанных с абиотической средой и биотическими взаимоотношениями. К абиотическим факторам относятся: характер дна (для донных организмов), соленость воды, температура, газовый режим, степень подвижности воды. К биотическим факторам относятся те сложные взаимоотношения, в которые вступают и вступали организмы между собой (характер пищи, конкуренты, враги, мирные сожители).

Для успешного решения поставленных вопросов палеоэкологические исследования должны быть тесно связаны с литологическими исследованиями и экологией современных животных.

Изучение эволюции организмов невозможно без исследования адаптаций и изменения их во времени и пространстве. Л. Ш. Давиташвили предложил назвать экогенией учение о экогенезе, или историческом процессе развития экологических отношений между организмами, с одной стороны, и средой - с другой. Вопросы, которые рассматривает экогения, связаны с изучением процессов распространения и переселения животных из одной жизненной области (океан, пресные воды, суша) в другую или в пределах одной области, обусловленные адаптивными изменениями в строении, физиологии и поведении животных. Данные экогении помимо теоретического имеют большое практическое значение, так как помогают выяснять происхождение некоторых полезных ископаемых, в первую очередь каустобиолитов.

Палеозоогеография составляет часть палеогеографии, изучает закономерности распространения организмов геологического прошлого, изменение их ареалов и выясняет причины этих изменений. Палеобиогеография тесно связана с экогенией, но отличается от последней по содержанию, задачам и методам исследований. Палеогеография воссоздает физико-географические, биогеографические, климатические и другие условия минувших эпох.

Палеоанатомические исследования наиболее важны для палеозоолога, но так как остатки мягких частей беспозвоночных сохраняются очень редко, то для их восстановления приходится прибегать к сравнению с современными формами или использовать те уникальные находки, которые иногда попадают в руки коллекционеров. К числу таких уникальных находок относится сохранившийся пищеварительный тракт трилобитов, двустворок, гастропод. В ряде случаев удается восстановить мускульную систему по мускульным отпечаткам, сохранившимся на раковинах двустворчатых и головоногих моллюсков, брахиопод, остракод. О форме мягкого тела можно судить, например, по строению жилой камеры головоногих моллюсков, по форме чашечки коралловых полипов, по строению теки граптолитов и т. д.

Перед палеофизиологией стоят очень сложные задачи - изучение у древних организмов жизненных отправлений, т. е. тех. процессов, которые совершались в организме в течение всей его жизнедеятельности - пищеварения, дыхания, выделения, кровообращения, движения, образования скелета.

Изучение микро- и ультра структур и химического состава скелетов позволяет судить о палеофизиологических процессах, приводивших к созданию различных типов скелета. Так, кремневые скелеты строили радиолярии и низшие многоклеточные - губки; органические скелеты известны у всех животных, но состав аминокислот, входивших в состав белка этих скелетов, изучен еще недостаточно.

Палео эмбриология изучает особенности эмбрионального развития организмов прошлого. Развитие палеофизиологических и палеоэмбриологических исследований стало возможным с внедрением в практику работ палеонтолога электронного сканирующего микроскопа.

Палеопатология изучает различные прижизненные повреждения и болезненные явления, приводящие к нарушению строения скелета. Изучение повреждений, полученных животными и залеченных при жизни позволяет путем их анализа выяснить их природу. Так, сохранившиеся на раковине одного из аммонитов следы укуса позволили высказать предположение, что укус был сделан мозозавром, остатки скелета которого не были обнаружены в осадке вместе с раковинами аммонитов. Следы повреждений на раковинах палеозойских брахиопод вызваны укусами головоногих моллюсков. Изучение прижизненных повреждений на раковинах беспозвоночных интересно тем, что в некоторых случаях при залечивании раковины возникает скульптура, характерная для предкового вида, что позволяет намечать родственные связи. Паразитирующие на теле и скелете хозяина организмы вызывают образование различной формы опухолей, приводящих к патологическому изменению скелета, эти изменения иногда принимались за систематические особенности и приводили к недоразумениям.

Палеоихнология представляет новый раздел палеонтологии, посвященный следам жизнедеятельности организмов.

Палеотаксиология занимается изучением особенностей поведения животных в зависимости от воздействия на них различных факторов внешней среды: гравитации, фототаксиса, хемотаксиса, реотаксиса (ориентировка животного против течения, с которым поступает пища); однако восстановление этих особенностей у вымерших животных представляет большие трудности.