Первое, что приходит на ум при слове «палеонтология», — динозавры и мамонты. Но на самом деле это сложнейший комплекс дисциплин, находящихся в тесной связи с геологией, географией, климатологией и другими науками. Что могут рассказать о прошлом и будущем Земли останки древних живых организмов и чем занимаются ученые в рамках разнообразных направлений палеонтологии?

Палеоботаника

Палеоботаника занимает смежное положение на границе двух естественных дисциплин — геологии и ботаники. Поэтому специалист должен иметь четкое представление о геологии того региона, в котором он работает: последовательность отложений, в которых сохранились ископаемые растения, а они, соответственно, должны быть надежно и послойно привязаны к геологическому разрезу. Кроме того, палеоботаник должен уметь описывать растения с точки зрения морфологии и органографии и иметь хорошее представление о растительном мире современности, чтобы вычленять в современных растениях архаичные признаки, прослеживая таким образом их эволюцию. В палеоботанике есть разделы, посвященные систематике растений, классификации, таксономии, морфологии, а также изучению закономерностей развития растительного мира, географии распространения видов, условиям обитания растений и реконструкции растительных сообществ (палеофитоценозов). Палеофитоценология изучает системные связей древних растительных сообществ между собой, а также взаимосвязь растений внутри них, например то, как распределялись растения в пределах одного элемента ландшафта. С помощью сведений о том, как протекала эволюция различных растительных сообществ и как они реагировали на внешние раздражители и различные факторы, связанные с массовыми вымираниями, мы можем спрогнозировать реакцию современного растительного мира на влияние сходных внешних агентов.

Ископаемые растения были известны еще в I тысячелетии до нашей эры: о древних «лавровых листьях», найденных в осадочных породах острова Парос, упоминал Ксенофан. Но как отдельная дисциплина с собственным инструментарием палеоботаника оформилась только в начале XIX века благодаря работам французского ученого Адольфа Броньяра. Самое важное достижение палеоботаники связано с установлением факта, что растительный мир эволюционировал, развивался от примитивных форм начала палеозойской эры до все более и более высокоорганизованных. Было открыто много полностью вымерших групп ископаемых растений, а также определены предки многих современных растений. Кроме того, палеоботаника помогает палеозоологам установить, чем питались древние животные и как они взаимодействовали с окружающей средой. Были случаи, когда удалось установить синхронные эволюционные изменения групп растений и групп животных, указывающие на связи между растительноядными животными и определенными растениями. В целом палеоботаническая фактология иллюстрирует важнейшие положения дарвинизма: естественный отбор, коэволюцию и прогрессивную эволюцию.

Рекомендуем по этой теме:
7363
Птерозавры и места их обитания
Палеоботаник Сергей Наугольных об истории дисциплины

Что такое палеофитоценология

Палеозоология позвоночных

Исторически сложилось, что в России гораздо более развито изучение ископаемых насекомых, чем позвоночных. История российской палеозоологии позвоночных началась с Владимира Амалицкого (1860–1917), который изучал пестроцветы — слой отложений, в котором, как казалось тогда, нельзя обнаружить фауну и флору. Из-за этого слой невозможно было датировать. Тем не менее Амалицкий нашел в нем растения и останки моллюсков и обратил внимание, что они напоминают южноафриканскую флору и фауну. Откуда взялись эти ископаемые? Теории дрейфа материков тогда еще не существовало. Амалицкий предположил, что между континентами существовала сухопутная связь. Чтобы доказать эту идею, он организовал на свои деньги экспедицию по поиску ископаемых останков южноафриканских рептилий на севере России и обнаружил челюсть скутозавра — группы рептилий, обитавших в Южной Африке. После того как иностранные специалисты подтвердили, что это действительно останки скутозавра, Амалицкий был принят в Лондонское королевское общество — авторитетнейшую научную организацию того времени. Он смог организовать более масштабные раскопки и обнаружил скелеты других палеозойских рептилий. Это был прорыв в изучении палеонтологии позвоночных: было доказано, что палеозойские рептилии могут существовать и в пределах Северной Европы, и в России сформировалась собственная палеонтологическая школа. Интересно, что исходные предположения Амалицкого были неверными: впоследствии оказалось, что те самые ракушки и растения, вдохновившие его на исследования, были вовсе не южноафриканскими.

Направления работы палеозоологов очень разнообразны. В массовом сознании труд палеонтолога связан в первую очередь с изучением динозавров. Исследования окаменелостей эмбрионов позволяют пролить свет на эволюцию различных видов. Палеоорнитология, в частности, занимается вопросами происхождения птиц, а также разнообразными эволюционными изменениями в их морфологии. С точки зрения современной науки птицы — это одна из групп хищных динозавров.

О рождении палеонтологии позвоночных в России

Палеоэнтомология

Поначалу идея о том, что можно изучать древних насекомых, казалась абсурдной: считалось, что нужно невероятное сочетание условий сохранения, чтобы обнаружить останки насекомого. Однако благодаря трудам Андрея Мартынова (1879–1938) выяснилось, что их просто нужно правильно искать. Как правило, насекомых находили как сопутствующий материал с ископаемыми растениями. Сегодня палеоэнтомологи целенаправленно ищут останки насекомых в тонких глинистых слоях породы и находят растения, которые редко попадаются ботаникам. Широкое разнообразие насекомых позволяет очень точно диагностировать условия древних экосистем и реконструировать положение климатических зон в определенное время.

Рекомендуем по этой теме:
12702
Яйца динозавров

Как насекомое попадает в палеонтологическую летопись? Если насекомое погибло и осталось на суше при наличии кислорода, то шансов сохраниться у него нет вообще. Необходимое, но недостаточное условие — это чтобы организм утонул, упал на дно, оказался в бедных кислородом условиях или вообще бескислородных, чтобы там были соответствующие темпы осадконакопления. Животное оказывается на дне, его заносит осадком, и через некоторое время происходит минеральное замещение. Таким образом, палеонтологи узнают о жизни вблизи водоемов. Фауну в лесах, удаленных от водоемов, реконструируют при помощи следов в вулканическом пепле, а также янтаря — застывших капель смолы древних деревьев, в которых оказываются заключены мелкие насекомые, пауки, клещи и даже небольшие позвоночные организмы. Но чтобы смола сохранилась на тысячи лет вперед, опять же необходимо, чтобы дерево со смолой попало в воду. Сохранность насекомых, обнаруженных в янтаре, очень высока. Местонахождения янтаря в дельтах рек позволяют реконструировать фауну очень обширных территорий.

Палеоэнтомология позволяет ответить на важнейшие вопросы, связанные с вымиранием видов, в том числе исчезновением динозавров и пермско-триасовым вымиранием, во время которого исчезло около 90% морской фауны.

Почему янтарь интересен палеоэнтомологам

Микропалеонтология

Микропалеонтология — это сравнительно молодая наука, появившаяся лишь после изобретения микроскопов и их превращения из светского развлечения в важнейший научный инструмент. Голландский купец Антони ван Левенгук, увлекшийся идеями английского исследователя Роберта Гука, открыл микроскопические живые организмы. Когда биологи поняли, какие возможности предоставляет микроскоп, они начали активно исследовать микроскопические объекты. Уже в XIX веке впервые были исследованы ископаемые илы со дна Северного моря, в которых находились раковинки микроскопических организмов, которые жили и вымерли менее миллиона лет назад. Появилась книга «Микрогеология», положившая начало исследованиям микроскопических ископаемых древних животных по их скелетным остаткам. В конце XIX — начале XX века микропалеонтология пережила бурный расцвет. С ростом темпов машиностроения возросла потребность в нефти. Чтобы разведать, где находится ископаемое топливо, бурили скважины и доставали длинные и тонкие трубки горной породы, слои которых необходимо было датировать. Так как останки крупных организмов, по которым можно было бы определить возраст отложений, не могли попасть в такой маленький объем, потребовалось исследовать микроскопические древние организмы. В США началась массовая подготовка микропалеонтологов, ученые активно изучали, какие виды каких микроскопических групп характерны для определенных геологических срезов времени, и создавали зональные шкалы, иллюстрирующие эти последовательности. Появление сканирующего микроскопа во второй половине XX века существенно расширило возможности ученых.

Сегодня микропалеонтологи изучают останки организмов, живших на Земле от 500 до 65 миллионов лет назад. На протяжении этого длительного периода сменилось огромное количество их семейств, родов, видов — смену видов для каждого конкретного более узкого временного периода и исследуют ученые. Больше всего микропалеонтологов интересуют одноклеточные организмы, среди которых амебы-фораминиферы, строящие раковины, радиолярии, обладающие внутриклеточным хитиновым скелетом, водоросли с известковыми скелетами, а также мельчайшие беспозвоночные, такие как остракоды, и позвоночные многоклеточные организмы.

Геолог Екатерина Тесакова о рождении микропалеонтологии

Палеоклиматология

Одной из целей палеонтологии является восстановление природных условий по останкам организмов для различных периодов истории Земли, в том числе и особенностей климата. Климат регулирует не только условия, в которых существует живая природа, но и условия формирования определенных типов полезных ископаемых и осадочных горных пород. Основным принципом палеоклиматологии является принцип актуализма: раньше природные процессы проходили по тем же законам, что и сейчас. Если ученые находят на какой-то территории остатки кораллов, которые растут только при определенных условиях, они предполагают, что именно эта температура и была характерна для того региона.

Геологи и палеонтологи изучают отложения в геологических разрезах на суше, донные отложения в морях, а также ледники. Информацию об условиях окружающей среды в прошлом дает не только литологический состав пород, но и останки различных организмов, живших в то время, — от мамонтов до микроскопических простейших. Изучение геохимического состава как пород, так и останков организмов дает количественную информацию о температуре. Высшие растения и водоросли являются непосредственными свидетелями изменений климата: годовые кольца деревьев дают ученым информацию о смене сезонов, споры и пыльца растений рассказывают о составе древней флоры, а биологические особенности различных видов, темпы их эволюционного развития и характерные реакции на изменения условий свидетельствуют об особенностях окружающей среды. Особую роль при палеоклиматических исследованиях играет микропалеонтология, которая позволяет решать палеоэкологические задачи, проводить геохимические исследования и определять возраст отложений.

Морской геолог Ярослав Овсепян о реконструкции палеоклимата

Историческая биогеография

Биогеография изучает закономерности распространения живых организмов по поверхности земли. У нее есть два основных направления: экологическая биогеография отвечает на вопрос, почему верблюд живет в пустыне, а не в тайге или тропическом лесу, а историческая биогеография — почему верблюд в Центральной Азии, а не в Северной Америке. Среди специалистов, занимающихся исторической биогеографией, — палеонтологи. Ископаемые останки позволяют подтвердить исторические перемещения живых организмов и наблюдать их эволюцию.

Рекомендуем по этой теме:
117
Молекулярная палеонтология
Биогеография основана на двух идеях. Автором одной из них является Альфред Уоллес — фактический соавтор теории естественного отбора Чарльза Дарвина. Он считал, что в процессе эволюции наиболее приспособленные виды оттесняют менее приспособленных к югу, а южные края материков являются, по сути, последней линией обороны реликтовых видов. Его современник Джозеф Гукер предполагал, что южная биота сформировалась в Антарктиде и мигрировала на север. Идеи Гукера получили поддержку с формированием теории дрейфа материков, в рамках которой на Земле когда-то существовал протоконтинент Гондвана (наряду с северным протоконтинентом — Лавразией), где и сформировалась вся современная южная фауна: существует множество растений и животных, чей классический ареал распространения — Чили, Новая Зеландия и юго-восток Австралии. Биогеографы должны согласовывать выстраивание родственных связей между видами с движением материков. Концепция Уоллеса также обрела вторую жизнь: изолированные популяции являются остатками панконтинентального распространения. С развитием палеонтологии беспозвоночных ученые обнаружили ископаемые останки южных насекомых на северных территориях.

Палеонтолог Кирилл Еськов о проблемах исторической биогеографии