Летопись в камне

Ископаемые остатки организмов приоткрывают тайны бесчисленных форм жизни, некогда населявших Землю. Изучая окаменелости, ученые прослеживают пути развития животного и растительного мира на протяжении многих миллионов лет.

Ископаемые остатки организмов служат документальным свидетельством жизни на Земле. Их спектр весьма широк - от окаменевших фрагментов животных и растений до насекомых, увязших в смоле хвойных деревьев, которая за миллионы лет превратилась в кусочки янтаря. К следам жизнедеятельности ископаемых организмов относят отпечатки следов животных и ходы, прорытые водными обитателями в морском грунте. Если громадные скелеты динозавров поражают воображение, то микроокаменелости столь малы, что разглядеть их можно только под микроскопом, но именно они помогают геологам находить месторождения нефти и газа. Однако в первую очередь изучение окаменелостей проливает свет на пути развития разных форм жизни на протяжении долгой истории нашей планеты. На основе крайне неполных сведений палеонтологи (изучающие древние формы жизни) воссоздают облик давно вымерших растений и животных, иногда совершая поразительные открытия. Так, изучение костей динозавров показало, что эти животные страдали от ревматоидного артрита.

По содержащимся в породах ископаемым останкам определяют относительный возраст различных геологических пластов, и этот метод является основным в стратиграфии - науке о формировании горных пород.

Ископаемые останки помогают восстановить климатические условия той или иной геологической эпохи, изучением которых занимается палеоклиматология, а также образ жизни и условия обитания различных животных и растений - предмет изучения палеоэкологии. Они же снабжают нас сведениями по палеогеографии, в том числе о дрейфе (постепенном смещении) континентов.

Окаменелости и эволюция

Английский естествоиспытатель Чарльз Дарвин (1809-82) выдвинул эволюционную теорию в своем знаменитом труде "О происхождении видов", опубликованном в 1859 году. Согласно его выводам, многие ныне живущие на Земле животные и растения происходят от некоего общего предка, а первые одноклеточные организмы - бактерии и простейшие водоросли, появившиеся на Земле 3-4 млрд. лет назад - с течением времени развились во все более сложные формы жизни.

Естественный отбор

Процесс медленных и постепенных изменений Дарвин назвал естественным отбором, подразумевая тем самым, что у организмов, сумевших лучше приспособиться к внешним условиям, как правило, больше шансов выжить.

Чарльз Дарвин понимал, что фактическое подтверждение справедливости его теории может дать изучение окаменелостей, но в середине XIX века найденных ископамых останков было еще слишком мало, чтобы составить целостную картину жизни древнейших эпох. Благодаря техническому прогрессу сегодня наши познания в данной области значительно расширились, дав толчок появлению целого ряда гипотез о протекании эволюционных процессов.

В истории Земли было несколько периодов, отмеченных более или менее резкими скачками в эволюции определенных видов животных и растений. Эти внезапные скачки ученые называют эксплозивной эволюцией.

Подобные взрывы часто следовали за периодами массового вымирания, сопровождавшимися гибелью многих групп организмов, либо за резкими изменениями климата и природной среды, и перемежались  со  спокойными  периодами с медленного эволюционного развития.

Изменения окружающей среды

Внезапная смена видов растений и животных, вызванная изменениями внешних  условий - скажем,  затоплением огромных участков суши на окраинах континентов и образованием неглубоких морей - называется адаптивной радиацией и ведет к появлению широкого спектра новых форм, приспособленных к жизни в данных условиях.

Пытаясь определить темпы эволюционных изменений, особенно в спокойные периоды поступательного развития, ученые, в частности, обнаружили, что некоторые виды ископаемых организмов развивались быстрее остальных.

Группы вымерших организмов, изменявшиеся быстрее прочих, именуются руководящими ископаемыми, поскольку помогают определить возраст тех зон геологических пород, в которых встречаются. Руководящие ископаемые встречаются только в каком-то одном геологическом слое. Так, по останкам быстро изменявшихся трилобитов определяют породы палеозойской эры, тогда как аммониты выполняют ту же функцию в породах мезозоя. Правда, по мнению ряда ученых, ускоренная эволюция некоторых групп может быть лишь кажущейся.

Конвергенция

Не менее важную роль играет теория эволюционной конвергенции, объясняющая, почему некоторые относительно далекие по происхождению группы организмов приобретают сходство в строении и функциях. Так, судя по окаменелым останкам плезиозавров (морских рептилий), они очень походили на рыб.

Многие виды животных и растений исчезли с лица планеты, оставив после себя потомков. Но в истории Земли бывали периоды, когда бесследно исчезали целые группы организмов.

Периоды массовой гибели были не столь уж редким явлением. Границы палеозоя (248 млн. лет назад), мезозоя (65 млн. лет назад) и других геологических эпох ученые установили, опираясь на периоды массовой гибели растений и животных, за которыми следовали эволюционные взрывы.

Гипотезы

Ученые давно спорят о причинах некоторых разительных примеров вымирания древних форм жизни. Самый известный из них - исчезновение с лица планеты динозавров и других крупных ящеров в конце мезозойской эры 65 млн. лет назад. Согласно одной из новейших теорий, Земля испытала удар громадного метеорита, от которого в атмосферу поднялись тучи пыли, на долгое время скрывшие солнце, и все рептилии погибли из-за наступивших холодов.

Ранние формы жизни

При всей отрывочности геологической летописи, ученым удалось собрать огромный объем информации об эволюции жизни на протяжении всей истории нашей планеты.

Древнейшие образцы находят в породах возрастом почти 4 млрд. лет, содержащих микроскопические следы органических кислот. Обнаруженные в Южной Африке и Австралии древнейшие бактерии жили 3,5 млрд. лет назад, а водоросли - 3 млрд. лет назад.

Ископаемые останки более высокоразвитых бесскелетных мягкотелых животных, в том числе следы жизнедеятельности в виде прорытых ими ходов, находят в различных породах позднего докембрия. Все это представители древних беспозвоночных, хотя некоторые из них с трудом поддаются точной классификации.

Беспозвоночные встречаются, начиная с кембрийского периода (около 590 млн. лет назад), т. к. у многих животных той эпохи появились элементы скелета - например, раковины. За исключением Arcbaeocyatba (группы древних морских животных), все виды, появившиеся в конце кембрийского периода, живут и в наши дни. Однако многие древние формы этих животных заметно отличаются от своих нынешних потомков.

Членистоногие

В докембрии, по-видимому, возник и первый вид членистоногих. В кембрийском периоде они поначалу были представлены обитателями морей трилобитами, которые вымерли в пермском периоде, длившемся с 286 до 248 млн. лет назад.

Однако к началу пермского периода группу членистоногих уже представляли и многие другие формы жизни, в том числе многочисленные ракообразные существа. Сегодня она включает крабов, омаров и креветок.

Немаловажное значение палеонтологи придают остракодам, микроскопическим членистоногим рачкам. Они впервые появились в позднем кембрии и служат руководящими ископаемыми для пород, сформированных в силуре и более поздних периодах.

К числу других руководящих ископаемых относятся фораминиферы, принадлежащие к группе простейших одноклеточных организмов. Поскольку эти животные появились в начале кембрийского периода, можно предположить, что простейшие организмы прошли длинный этап эволюции в докембрийские времена.

В группу кишечнополостных животных входят современные кораллы, актинии и медузы. В кембрийском периоде эта группа была представлена медузами и окаменевшими кораллами, из которых затем сформировались рифы в теплых тропических водах.

Большим разнообразием ископаемых остатков отличаются моллюски. Цефалоподы (существа с многокамерными раковинами) появились в конце кембрийского периода и к началу ордовика (500 млн. лет назад) достигли широкого многообразия форм. В девонском периоде (408-360 млн. лет назад) от них произошли аммоноиды, раковины которых часто встречаются в отложениях мезозойской эры (248-265 млн. лет назад).

Еще одни головоногие - белемниты - появились в каменноугольном периоде (360-286 млн. лет назад). Это древние предки современных кальмаров и каракатиц.

Двустворчатые моллюски

Другая группа моллюсков - двустворчатые - получила свое название по числу створок их раковин, скрепленных у вершины. Двустворчатые моллюски редко встречались до силурийского периода (ок. 400 млн. лет назад), но впоследствии разделились на множество видов, в число которых входят нынешние мидии и гребешки. У гастроподов, в том числе современных улиток, слизней и трубачей, ракушки закручены в спираль. Их геологическая история имеет много общего с ходом развития их двустворчатых сородичей.

Еще одна форма ракообразных животных - брахиоподы. В отличие от моллюсков, они в наше время сравнительно малочисленны, однако в древности значительно превосходили моллюсков по численности и значению, особенно в период между ордовиком и пермью.

Иглокожие существа берут начало в кембрийском периоде или даже раньше. Две важнейшие группы ископаемых останков представлены морскими лилиями и морскими ежами. Расцвет морских лилий пришелся на палеозойскую эру, ибо именно тогда из их скелетов сформировались мощные донные отложения.

Морские ежи достигли широкого разнообразия форм в эпоху мезозоя, но пик их развития относится к меловому периоду, начавшемуся 144 млн. лет назад. Их следы часто попадаются в известняковых породах, особенно меловых отложениях, сформированных в последующем третичном периоде.

Загадочные существа

Одна группа животных - граптолиты - впервые появилась в ордовике, но полностью вымерла в каменноугольном периоде. Граптолиты жили колониями, однако никто не знает, как они выглядели. Одно время ученые относили их к разряду кишечнополостных, но теперь причисляют их к самым примитивным хордовым существам. В группу хордовых входят и все позвоночные животные.

Первыми настоящими позвоночными были рыбы, появившиеся около 500 млн. лет назад. А животными, впервые вышедшими на сушу, где в силурийском периоде успели обосноваться растения, стали земноводные, произошедшие от рыб в девонском периоде. Ящеры появились в начале каменноугольного периода.

Покорение воздуха

Уже в каменноугольном периоде появились и достигли расцвета летающие насекомые.

Остатки летучих ящеров были обнаружены в слоях триасового периода (213-248 млн. лет назад), а археоптерикс, который, по мнению ученых, стал связующим звеном между рептилиями и птицами, - породах конца юрского периода, когда на суше господствовали динозавры. Древнейшая птица появилась около 135 млн. лет назад. Ее окаменелые останки были найдены в Китае в 1990 г.

Первые двуногие человекоподобные существа возникли около 4 млн. лет назад, однако развитие человеческой расы стало длительным и медленным процессом, протекающим последние два миллиона лет.