Ископаемое -Fossil

Окаменелость (от классического латинского Fosseliis , букв. «полученная при раскопках») — это любые сохранившиеся останки, отпечаток или след любого некогда живого существа из прошлой геологической эпохи . Примеры включают кости , раковины , экзоскелеты , каменные отпечатки животных или микробов , предметы, сохранившиеся в янтаре , волосы , окаменевшее дерево , масло , уголь и остатки ДНК . Совокупность окаменелостей известна как летопись окаменелостей .

Палеонтология — это изучение окаменелостей: их возраста, способа образования и эволюционного значения. Образцы обычно считаются окаменелостями, если им более 10 000 лет. Возраст самых старых окаменелостей составляет от 3,48 до 4,1 миллиарда лет. Наблюдение в 19 веке, что определенные окаменелости были связаны с определенными слоями горных пород , привело к признанию геологической шкалы времени и относительного возраста различных окаменелостей. Развитие методов радиометрического датирования в начале 20 века позволило ученым количественно измерить абсолютный возраст горных пород и содержащихся в них окаменелостей.

Существует множество процессов, ведущих к окаменению , включая перминерализацию , слепки и формы, аутигенную минерализацию , замещение и перекристаллизацию, прижатие, карбонизацию и биоиммурацию.

Окаменелости различаются по размеру от бактерий размером в один микрометр (1 мкм) до динозавров и деревьев, длиной в несколько метров и весом в несколько тонн. Окаменелость обычно сохраняет только часть умершего организма, обычно ту часть, которая была частично минерализована при жизни, например, кости и зубы позвоночных или хитиновый или известковый экзоскелет беспозвоночных . Окаменелости также могут состоять из следов, оставленных живым организмом, таких как следы животных или экскременты ( копролиты ). Эти типы окаменелостей называются следовыми окаменелостями или ихнофоссилиями , в отличие от окаменелостей тела . Некоторые окаменелости являются биохимическими и называются хемофоссилиями или биосигнатурами .

Процессы окаменения

Процесс окаменения варьируется в зависимости от типа ткани и внешних условий.

Перминерализация

Перминерализованные мшанки из девона штата Висконсин.

Перминерализация — это процесс окаменения, происходящий при захоронении организма. Пустые пространства внутри организма (пространства, заполненные жидкостью или газом в течение жизни) заполняются богатыми минералами грунтовыми водами . Минералы осаждаются из подземных вод, занимая пустующие места. Этот процесс может происходить в очень небольших пространствах, например, в клеточной стенке растительной клетки . Мелкомасштабная перминерализация может давать очень подробные окаменелости. Чтобы произошла перминерализация, организм должен покрыться осадком вскоре после смерти, в противном случае останки уничтожаются падальщиками или разлагаются. Степень разложения останков при покрытии определяет более поздние детали окаменелости. Некоторые окаменелости состоят только из скелетных останков или зубов; другие окаменелости содержат следы кожи , перьев или даже мягких тканей. Это форма диагенеза .

Отливки и формы

Внешняя форма двустворчатого моллюска из формации Логан , нижний карбон , Огайо .

В некоторых случаях первоначальные остатки организма полностью растворяются или иным образом разрушаются. Оставшееся отверстие в скале в форме организма называется внешней плесенью . Если эта пустота позже заполняется осадком, полученный слепок напоминает внешний вид организма. Эндокаст , или внутренняя плесень , является результатом отложений, заполняющих внутреннюю часть организма, например внутреннюю часть двустворчатого моллюска или улитки или полость черепа . Эндокастов иногда называют Steinkerns , особенно когда двустворчатые моллюски сохраняются таким образом.

Аутигенная минерализация

Это особая форма формования отливок и форм. Если химия верна, организм (или фрагмент организма) может действовать как ядро ​​для осаждения минералов, таких как сидерит , что приводит к образованию конкреций вокруг него. Если это происходит быстро до значительного распада органической ткани, могут быть сохранены очень мелкие трехмерные морфологические детали. Конкреции из ископаемых отложений каменноугольного периода Мазон-Крик в Иллинойсе, США, являются одними из наиболее документированных примеров такой минерализации.

Замена и перекристаллизация

Окремненные (замещенные кремнеземом) окаменелости из формации Роуд-Каньон (средний пермский период Техаса)
Перекристаллизованный склерактиновый коралл (от арагонита до кальцита) из юрского периода на юге Израиля.

Замещение происходит, когда оболочка, кость или другая ткань заменяется другим минералом. В некоторых случаях минеральное замещение исходной оболочки происходит настолько постепенно и в таких мелких масштабах, что микроструктурные особенности сохраняются, несмотря на полную утрату исходного материала. О раковине говорят, что она перекристаллизована , когда исходные скелетные соединения все еще присутствуют, но в другой кристаллической форме, например, от арагонита до кальцита .

Adpression (сжатие-впечатление)

Окаменелости сжатия , такие как ископаемые папоротники, являются результатом химического восстановления сложных органических молекул, составляющих ткани организма. В этом случае окаменелость состоит из исходного материала, хотя и в геохимически измененном состоянии. Это химическое изменение является выражением диагенеза . Часто то, что остается, представляет собой углеродистую пленку , известную как фитолейм, и в этом случае окаменелость известна как сжатие. Однако часто фитолейм утрачивается, и все, что остается, — это отпечаток организма в скале — отпечаток окаменелости. Однако во многих случаях компрессия и вдавление происходят одновременно. Например, когда скала расколота, фитолейм часто будет прикреплен к одной части (сжатие), тогда как вторая часть будет просто оттиском. По этой причине один термин охватывает два режима сохранения: адресация .

Сохранение мягких тканей, клеток и молекул

Из-за их древности неожиданным исключением из изменения тканей организма путем химического восстановления сложных органических молекул во время фоссилизации стало открытие мягких тканей в окаменелостях динозавров, включая кровеносные сосуды, а также выделение белков и доказательств наличия фрагментов ДНК. . В 2014 году Мэри Швейцер и ее коллеги сообщили о присутствии частиц железа ( гетит -aFeO(OH)), связанных с мягкими тканями, извлеченными из окаменелостей динозавров. Основываясь на различных экспериментах, в которых изучалось взаимодействие железа в гемоглобине с тканью кровеносных сосудов, они предположили, что гипоксия в растворе в сочетании с хелатированием железа повышает стабильность и сохранность мягких тканей и обеспечивает основу для объяснения непредвиденного сохранения ископаемых мягких тканей. Однако несколько более раннее исследование, основанное на восьми таксонах, относящихся ко времени от девонского до юрского периода , показало, что достаточно хорошо сохранившиеся фибриллы, которые, вероятно, представляют собой коллаген , были сохранены во всех этих окаменелостях, и что качество сохранности в основном зависело от расположения коллагена. волокна с плотной укладкой, способствующей хорошей сохранности. Казалось, не было корреляции между геологическим возрастом и качеством сохранности в пределах этого периода времени.

Карбонизация и углефикация

Обугленные или углефицированные окаменелости состоят из органических остатков, которые были восстановлены в основном до химического элемента углерода. Обугленные окаменелости состоят из тонкой пленки, которая формирует силуэт исходного организма, а исходные органические остатки обычно представляли собой мягкие ткани. Угольные окаменелости состоят в основном из угля, а первоначальные органические остатки обычно имели древесный состав.

биоиммурация

Звездообразные отверстия ( Catellocaula vallata ) у этой мшанки верхнего ордовика представляют собой мягкотелый организм, сохранившийся за счет биоиммурации в скелете мшанки.

Биоиммурация происходит, когда скелетный организм перерастает или иным образом поглощает другой организм, сохраняя последний или его отпечаток внутри скелета. Обычно это сидячий скелетный организм, например мшанка или устрица , который растет вдоль субстрата , покрывая других сидячих склеробионтов . Иногда биоиммурированный организм имеет мягкое тело и затем сохраняется в негативном рельефе как своего рода внешняя форма. Известны также случаи, когда организм поселяется поверх живого скелетного организма, который растет вверх, сохраняя поселенца в своем скелете. Биоиммурация известна в летописи окаменелостей от ордовика до современности.

Типы

Примеры индексных окаменелостей

Индекс

Индексные окаменелости (также известные как направляющие окаменелости, индикаторные окаменелости или зональные окаменелости) — это окаменелости, используемые для определения и идентификации геологических периодов (или стадий фауны). Они исходят из того, что, хотя разные отложения могут выглядеть по-разному в зависимости от условий, в которых они образовались, они могут включать в себя остатки одного и того же вида ископаемых. Чем короче временной диапазон вида, тем точнее можно сопоставить различные отложения, и поэтому окаменелости быстро развивающихся видов особенно ценны. Окаменелости с лучшим индексом распространены, их легко идентифицировать на уровне видов, и они широко распространены - в противном случае вероятность обнаружения и распознавания одного из двух отложений невелика.

След

Следы окаменелостей состоят в основном из следов и нор, но также включают копролиты (ископаемые фекалии ) и следы, оставленные кормлением. Следы окаменелостей имеют особое значение, потому что они представляют собой источник данных, который не ограничивается животными с легко окаменевающими твердыми частями, и они отражают поведение животных. Многие следы датируются значительно более ранними окаменелостями тел животных, которые, как считается, были способны их производить. Хотя точное отнесение следов окаменелостей к их создателям, как правило, невозможно, следы могут, например, служить самым ранним физическим свидетельством появления умеренно сложных животных (сравнимых с дождевыми червями ).

Копролиты классифицируются как следы окаменелостей, а не как окаменелости тела, поскольку они свидетельствуют о поведении животного (в данном случае о диете), а не о морфологии. Впервые они были описаны Уильямом Баклендом в 1829 году. До этого они были известны как «ископаемые еловые шишки » и « безоаровые камни». Они служат ценной цели в палеонтологии, потому что они предоставляют прямые доказательства хищничества и питания вымерших организмов. Размер копролитов может варьироваться от нескольких миллиметров до более 60 сантиметров.

переходный

Переходная окаменелость — это любые окаменелые останки формы жизни, которая проявляет черты, общие как для группы предков, так и для группы ее производных потомков. Это особенно важно там, где группа потомков резко отличается по грубой анатомии и образу жизни от группы предков. Из-за неполноты летописи окаменелостей обычно невозможно точно узнать, насколько переходная окаменелость близка к точке расхождения. Эти окаменелости служат напоминанием о том, что таксономические подразделения — это человеческие конструкции, которые задним числом были наложены на континуум вариаций.

Микрофоссилии

Микрофоссилии около 1 мм

Микрофоссилия — это описательный термин, применяемый к окаменелым растениям и животным, размер которых находится на уровне или ниже того уровня, на котором окаменелость можно проанализировать невооруженным глазом. Обычно применяемая граница между «микро» и «макро» окаменелостями составляет 1 мм. Микрофоссилии могут быть либо полными (или почти полными) организмами сами по себе (такими как морские планктеры, фораминиферы и кокколитофоры ), либо составными частями (такими как маленькие зубы или споры ) более крупных животных или растений. Микрофоссилии имеют решающее значение как источник информации о палеоклимате , а также широко используются биостратиграфами для корреляции единиц горных пород.

Смола

Оса Leptofoenus pittfieldae, пойманная в доминиканском янтаре от 20 до 16 миллионов лет назад. Это известно только по этому экземпляру.

Ископаемая смола (в просторечии называемая янтарем ) — природный полимер , встречающийся во многих типах пластов по всему миру, даже в Арктике . Древнейшая ископаемая смола датируется триасовым периодом , хотя большинство датируется кайнозоем . Выделение смолы некоторыми растениями считается эволюционной адаптацией для защиты от насекомых и заживления ран. Ископаемая смола часто содержит другие окаменелости, называемые включениями, которые были захвачены липкой смолой. К ним относятся бактерии, грибы, другие растения и животные. Включения животных обычно представляют собой мелких беспозвоночных , преимущественно членистоногих , таких как насекомые и пауки, и лишь крайне редко позвоночных , таких как небольшая ящерица. Сохранность включений может быть изысканной, включая небольшие фрагменты ДНК .

Производный или переработанный

Эродированный центр позвоночника юрского плезиозавра , обнаруженный в нижнемеловых отложениях губчатого гравия Фарингдона в Фарингдоне, Англия. Пример остаточной окаменелости.

Производная , переработанная или переработанная окаменелость — это окаменелость , найденная в горной породе, которая накопилась значительно позже, чем когда умерло окаменевшее животное или растение. Переработанные окаменелости создаются путем эксгумации (освобождения) эрозией окаменелостей из горной породы, в которой они были первоначально отложены, и их повторного отложения в более молодых осадочных отложениях.

Древесина

Окаменелое дерево . Внутренняя структура дерева и кора сохраняются в процессе перминерализации .
Полированный срез окаменевшего дерева с годовыми кольцами

Ископаемая древесина — это древесина, которая сохранилась в летописи окаменелостей. Древесина обычно является частью растения, которая лучше всего сохраняется (и ее легче всего найти). Ископаемая древесина может окаменеть, а может и не окаменеть . Ископаемая древесина может быть единственной сохранившейся частью растения: поэтому такая древесина может получить особое ботаническое название . Обычно это включает «ксилон» и термин, указывающий на его предполагаемое родство, например, араукариоксилон (древесина араукарии или какого-либо родственного рода), пальмоксилон (древесина неопределенной пальмы ) или кастаноксилон (древесина неопределенной чинкапин ).

Субфоссил

Субфоссильный скелет дронта

Термин « субфоссилия» может использоваться для обозначения останков, таких как кости, гнезда или фекальные отложения , процесс окаменения которых не завершен либо потому, что продолжительность жизни животного слишком мала (менее 10 000 лет), либо потому что условия, в которых были захоронены останки, не были оптимальными для окаменения. Субфоссилии часто находят в пещерах или других убежищах, где они могут сохраняться в течение тысяч лет. Основное значение субфоссилий по сравнению с ископаемыми остатками заключается в том, что первые содержат органический материал, который можно использовать для радиоуглеродного датирования или выделения и секвенирования ДНК , белка или других биомолекул. Кроме того, соотношение изотопов может дать много информации об экологических условиях, в которых жили вымершие животные. Субфоссилии полезны для изучения эволюционной истории окружающей среды и могут быть важны для исследований в области палеоклиматологии .

Субфоссилии часто встречаются в осадочных средах, таких как озерные отложения, океанические отложения и почвы. После отложения физическое и химическое выветривание может изменить состояние сохранности, а небольшие окаменелости также могут быть проглочены живыми организмами . Субфоссилии, относящиеся к мезозою , исключительно редки, обычно находятся в стадии разложения и, следовательно, вызывают много споров. Подавляющая часть субфоссильного материала поступает из четвертичных отложений, в том числе многие субфоссилизированные головные капсулы хирономид , панцири остракод , диатомовые водоросли и фораминиферы .

Субфоссилия Theba geminata

Для останков, таких как морские раковины моллюсков , которые часто не меняют свой химический состав в течение геологического времени и могут иногда даже сохранять такие особенности, как первоначальные цветовые маркировки в течение миллионов лет, ярлык «субфоссилия» применяется к раковинам, которые считаются тысячи лет, но относятся к голоценовому возрасту и, следовательно, недостаточно стары, чтобы относиться к эпохе плейстоцена .

Химические окаменелости

Химические окаменелости, или хемофоссилии, — это химические вещества, обнаруженные в горных породах и ископаемом топливе (нефть, уголь и природный газ), которые являются органическими признаками древней жизни. Молекулярные окаменелости и соотношения изотопов представляют собой два типа химических окаменелостей. Древнейшими следами жизни на Земле являются окаменелости этого типа, в том числе аномалии изотопов углерода, обнаруженные в цирконах , которые предполагают существование жизни еще 4,1 миллиарда лет назад.

Знакомства

Оценка дат

Палеонтология стремится составить карту того, как жизнь развивалась на протяжении геологического времени. Существенным препятствием является сложность определения возраста окаменелостей. Слои, в которых хранятся окаменелости, обычно не содержат радиоактивных элементов, необходимых для радиометрического датирования . Этот метод — наш единственный способ определить абсолютный возраст пород, возраст которых превышает 50 миллионов лет, и может быть точным в пределах 0,5% или лучше. Хотя радиометрическое датирование требует тщательной лабораторной работы, его основной принцип прост: известны скорости распада различных радиоактивных элементов , и поэтому отношение радиоактивного элемента к продуктам его распада показывает, как давно радиоактивный элемент внедрился в горную породу. Радиоактивные элементы распространены только в породах вулканического происхождения, поэтому единственными породами, содержащими окаменелости, которые можно датировать радиометрически, являются слои вулканического пепла, которые могут служить конечными точками для промежуточных отложений.

Стратиграфия

Следовательно, палеонтологи полагаются на стратиграфию для определения возраста окаменелостей. Стратиграфия — это наука о расшифровке «слоеного пирога», представляющего собой осадочную летопись. Горные породы обычно образуют относительно горизонтальные слои, причем каждый слой моложе, чем тот, что находится под ним. Если окаменелость находят между двумя слоями, возраст которых известен, считается, что возраст окаменелости находится между двумя известными возрастами. Поскольку последовательности горных пород не являются непрерывными, а могут быть разбиты разломами или периодами эрозии , очень трудно сопоставить пласты горных пород, которые не прилегают непосредственно друг к другу. Однако окаменелости видов, просуществовавших относительно недолго, можно использовать для сопоставления изолированных пород: этот метод называется биостратиграфией . Например, конодонт Eoplacognathus pseudoplanus имеет небольшой ареал в среднем ордовике. Если породы неизвестного возраста имеют следы E. pseudoplanus , то они имеют среднеордовикский возраст. Чтобы быть полезными, такие указательные окаменелости должны быть отличительными, распространяться по всему миру и занимать короткий временной диапазон. Вводящие в заблуждение результаты получаются, если индексные окаменелости неправильно датированы. Стратиграфия и биостратиграфия вообще могут дать только относительную датировку ( А была раньше Б ), чего часто бывает достаточно для изучения эволюции. Однако в некоторые периоды времени это сложно из-за проблем, связанных с сопоставлением пород одного возраста на разных континентах . Отношения генеалогического древа также помогают сузить дату, когда впервые появились родословные. Например, если окаменелости B или C датируются X миллионов лет назад, а рассчитанное «генеалогическое древо» говорит, что A был предком B и C, то A должен был эволюционировать раньше.

Также можно оценить, как давно разошлись две живущие клады, другими словами, примерно, как давно должен был жить их последний общий предок, если предположить, что мутации ДНК накапливаются с постоянной скоростью. Эти « молекулярные часы », однако, подвержены ошибкам и показывают только приблизительное время: например, они недостаточно точны и надежны для оценки того, когда впервые возникли группы, характерные для кембрийского взрыва , и оценки, полученные с помощью различных методов, могут различаться в зависимости от времени. коэффициент два.

Ограничения

Некоторые из наиболее примечательных пробелов в летописи окаменелостей (по состоянию на октябрь 2013 г.) показывают уклон в сторону организмов с твердыми частями.

Организмы лишь изредка сохраняются в виде окаменелостей при самых благоприятных обстоятельствах, и была обнаружена лишь часть таких окаменелостей. Это иллюстрируется тем фактом, что количество видов, известных по летописи окаменелостей, составляет менее 5% от числа известных живых видов, что позволяет предположить, что количество видов, известных по окаменелостям, должно быть намного меньше 1% всех видов, которые когда-либо жили. Из-за особых и редких обстоятельств, необходимых для окаменения биологической структуры, можно ожидать, что лишь небольшой процент форм жизни будет представлен в открытиях, и каждое открытие представляет собой лишь моментальный снимок процесса эволюции. Сам переход может быть проиллюстрирован и подтвержден только переходными окаменелостями, которые никогда не продемонстрируют точную промежуточную точку.

Летопись окаменелостей сильно смещена в сторону организмов с твердыми частями, в результате чего большинству групп организмов с мягким телом практически не отводится никакой роли. Он изобилует моллюсками , позвоночными , иглокожими , плеченогими и некоторыми группами членистоногих .

Места

Лагерштеттен

Окаменелости с исключительной сохранностью, иногда включая сохранившиеся мягкие ткани, известны как Lagerstätten - по-немецки «места хранения». Эти образования могли возникнуть в результате захоронения туш в бескислородной среде с минимальным количеством бактерий, что замедляет разложение. Лагерштеттен охватывает геологическое время от кембрийского периода до настоящего времени . Во всем мире одними из лучших примеров почти идеальной окаменелости являются кембрийские сланцы Маотяньшань и сланцы Берджесс , девонские сланцы Хунсрюк , юрские известняки Зольнхофен и каменноугольные местонахождения Мазон-Крик .

Строматолиты

Нижнепротерозойские строматолиты из Боливии , Южная Америка

Строматолиты представляют собой слоистые аккреционные структуры, образующиеся на мелководье в результате улавливания, связывания и цементации осадочных зерен биопленками микроорганизмов , особенно цианобактерий . Строматолиты представляют собой одни из самых древних окаменелостей жизни на Земле, датируемые более 3,5 миллиардов лет назад.

В докембрийское время строматолитов было гораздо больше. В то время как более старые, архейские ископаемые останки, как предполагается, представляют собой колонии цианобактерий , более молодые (то есть протерозойские ) окаменелости могут быть первобытными формами эукариотных хлорофитов (то есть зеленых водорослей ). Один род строматолитов, очень часто встречающийся в геологической летописи , — это Collenia . Самый ранний строматолит подтвержденного микробного происхождения датируется 2,724 миллиарда лет назад.

Открытие 2009 года дает убедительные доказательства того, что микробные строматолиты появились еще 3,45 миллиарда лет назад.

Строматолиты являются основным компонентом летописи окаменелостей первых 3,5 миллиардов лет жизни, достигнув своего пика около 1,25 миллиарда лет назад. Впоследствии их численность и разнообразие снизились и к началу кембрия упали до 20% от их пика. Наиболее широко поддерживаемое объяснение состоит в том, что строители строматолита пали жертвами пасущихся существ ( кембрийская революция субстрата ), подразумевая, что достаточно сложные организмы были обычным явлением более 1 миллиарда лет назад.

Связь между обилием травоядных и строматолитов хорошо задокументирована в эволюционном излучении более молодого ордовика ; Обилие строматолитов также увеличилось после того , как вымирания в конце ордовика и конце перми уничтожили морских животных, и вернулось к более ранним уровням по мере восстановления морских животных. Колебания популяции и разнообразия многоклеточных животных могли быть не единственным фактором сокращения численности строматолитов. Такие факторы, как химический состав окружающей среды, могли быть ответственны за изменения.

Хотя сами прокариотические цианобактерии размножаются бесполым путем путем деления клеток, они сыграли важную роль в подготовке среды для эволюционного развития более сложных эукариотических организмов. Считается, что цианобактерии (а также экстремофилы - гаммапротеобактерии ) в значительной степени ответственны за увеличение количества кислорода в атмосфере первичной Земли за счет продолжающегося фотосинтеза . Цианобактерии используют воду , углекислый газ и солнечный свет для создания своей пищи. Над матами из клеток цианобактерий часто образуется слой слизи . В современных микробных матах мусор из окружающей среды обитания может попасть в слизь, которая может быть сцементирована карбонатом кальция с образованием тонких слоев известняка . Эти слои могут срастаться со временем, что приводит к полосатому рисунку, обычному для строматолитов. Куполообразная морфология биологических строматолитов является результатом вертикального роста, необходимого для непрерывного проникновения солнечного света в организмы для фотосинтеза. Слоистые сферические структуры роста, называемые онколитами , похожи на строматолиты и также известны из летописи окаменелостей . Тромболиты представляют собой плохослоистые или неслоистые свернувшиеся структуры, образованные цианобактериями, распространенными в летописи окаменелостей и в современных отложениях.

Район каньона реки Зебра на платформе Кубис в глубоко расчлененных горах Зарис на юго-западе Намибии представляет собой чрезвычайно хорошо обнаженный пример тромболит-строматолит-метазойских рифов, которые образовались в протерозойский период, причем строматолиты здесь лучше развиты вверх по падению в условиях с более высокими скоростями течения и большим притоком наносов.

Астробиология

Было высказано предположение, что биоминералы могут быть важными индикаторами внеземной жизни и, таким образом, могут играть важную роль в поисках прошлой или настоящей жизни на планете Марс . Кроме того, считается, что органические компоненты ( биосигнатуры ), которые часто связаны с биоминералами, играют решающую роль как в пребиотических, так и в биотических реакциях.

24 января 2014 года НАСА сообщило, что текущие исследования марсоходов Curiosity и Opportunity на Марсе теперь будут направлены на поиск свидетельств древней жизни, включая биосферу , основанную на автотрофных , хемотрофных и/или хемолитоавтотрофных микроорганизмах , а также древнюю воду, в том числе речную. - озерная среда ( равнины , связанные с древними реками или озерами ), которые могли быть обитаемыми . Поиск доказательств обитаемости , тафономии (связанной с окаменелостями ) и органического углерода на планете Марс теперь является основной задачей НАСА .

Псевдофоссилии

Пример псевдоокаменелости: марганцевые дендриты на плоскости напластования известняка из Зольнхофена , Германия; шкала в мм

Псевдофоссилии - это визуальные узоры в горных породах, которые образуются в результате геологических, а не биологических процессов. Их легко принять за настоящие окаменелости. Некоторые псевдоокаменелости, такие как геологические кристаллы дендритов , образованы естественными трещинами в породе, которые заполняются просачивающимися минералами. Другими типами псевдоокаменелостей являются почечные руды (круглые формы в железной руде) и моховые агаты , которые выглядят как мох или листья растений. Конкреции , сферические или овоидные конкреции, обнаруженные в некоторых осадочных слоях, когда-то считались яйцами динозавров , и их также часто ошибочно принимают за окаменелости.

История изучения окаменелостей

Сбор окаменелостей датируется как минимум началом письменной истории. Сами окаменелости называются летописью окаменелостей. Летопись окаменелостей была одним из первых источников данных, лежащих в основе изучения эволюции , и до сих пор имеет отношение к истории жизни на Земле . Палеонтологи изучают летопись окаменелостей, чтобы понять процесс эволюции и то, как эволюционировали отдельные виды .

Древние цивилизации

Окаменелости были видны и были обычным явлением на протяжении большей части естественной истории, поэтому задокументированное взаимодействие человека с ними восходит к письменной истории или раньше.

В Европе есть много примеров палеолитических каменных ножей с ископаемыми иглокожими , установленными точно на рукояти, восходящими к Homo heidelbergensis и неандертальцам . Эти древние народы также просверливали отверстия в центре этих круглых ископаемых раковин, очевидно, используя их как бусины для ожерелий.

Древние египтяне собирали окаменелости видов, которые напоминали кости современных видов, которым они поклонялись. Бог Сет был связан с бегемотом , поэтому в храмах этого божества хранились окаменелые кости гиппопотамов. Панцири ископаемых морских ежей с пятью лучами были связаны с божеством Сопду , Утренней Звездой, эквивалентом Венеры в римской мифологии.

Черепа цератопсов распространены на горном перевале Джунгарские ворота в Азии, области, когда-то известной своими золотыми приисками, а также бесконечно холодными ветрами. Это было связано с легендами как о грифонах, так и о земле Гипербореи.

Окаменелости, по-видимому, внесли непосредственный вклад в мифологию многих цивилизаций, в том числе древних греков. Классический греческий историк Геродот писал о районе недалеко от Гипербореи , где грифоны охраняли золотые сокровища. В этом приблизительном регионе действительно велась добыча золота , где черепа клювовидных протоцератопсов были обычным явлением в качестве окаменелостей.

Более поздний греческий ученый Аристотель в конце концов понял, что ископаемые морские раковины из камней были похожи на те, что были найдены на пляже, что указывает на то, что окаменелости когда-то были живыми животными. Ранее он объяснял их с точки зрения парообразных выдохов , которые персидский эрудит Авиценна преобразовал в теорию окаменевших жидкостей ( succus lapidificatus ). Признание ископаемых морских раковин происходящими из моря было основано в 14 веке Альбертом Саксонским и принято в той или иной форме большинством натуралистов к 16 веку.

Римский натуралист Плиний Старший писал о « камнях языка », которые он назвал глоссопетра . Это были ископаемые зубы акулы, которые, как считали некоторые классические культуры, выглядели как языки людей или змей. Он также писал о рогах Аммона , которые представляют собой ископаемые аммониты , откуда группа кузенов-осьминогов в панцире в конечном итоге получила свое современное название. Плиний также делает одно из ранее известных упоминаний о жабных камнях , которые до 18 века считались волшебным лекарством от яда, возникающего в головах жаб, но которые представляют собой ископаемые зубы лепидотов , меловой рыбы с лучевыми плавниками.

Считается , что у племен равнин Северной Америки есть аналогичные связанные окаменелости, такие как многие неповрежденные окаменелости птерозавров, естественным образом обнаруженные в этом регионе, с их собственной мифологией громовой птицы .

В доисторической Африке нет такой прямой мифологической связи, но есть немало свидетельств того, что там племена раскапывали и перемещали окаменелости в церемониальные места, очевидно, обращаясь с ними с некоторым почтением.

В Японии ископаемые зубы акулы ассоциировались с мифическими тэнгу , которые, как считается, были острыми как бритва когтями существа, задокументированного через некоторое время после 8-го века нашей эры.

В средневековом Китае ископаемые кости древних млекопитающих, включая Homo erectus , часто принимали за « кости дракона » и использовали в качестве лекарства и афродизиака . Кроме того, некоторые из этих ископаемых костей были собраны учеными как «произведения искусства», которые оставили надписи на различных артефактах с указанием времени их добавления в коллекцию. Одним из хороших примеров является известный ученый Хуан Тинцзянь из династии Сун в 11 веке, который хранил особую окаменелость морской раковины с выгравированным на ней своим собственным стихотворением. В своих очерках о бассейне снов , опубликованных в 1088 году, китайский ученый-чиновник династии Сун Шэнь Ко выдвинул гипотезу о том, что морские окаменелости, обнаруженные в геологическом слое гор, расположенных в сотнях миль от Тихого океана , были свидетельством того, что доисторический морской берег когда-то существовал там и смещался на протяжении веков. времени . Его наблюдения за окаменевшим бамбуком в сухой северной климатической зоне того, что сейчас называется Яньань , провинция Шэньси , Китай, побудили его выдвинуть ранние идеи о постепенном изменении климата из-за того, что бамбук естественным образом растет в районах с более влажным климатом.

В средневековом христианском мире окаменелые морские существа на склонах гор считались доказательством библейского потопа Ноева ковчега . Древнегреческий философ Ксенофан (ок. 570–478 до н. э.), наблюдая за существованием ракушек в горах, предположил, что когда-то мир был затоплен великим наводнением, похоронившим живых существ в засохшей грязи.

В 1027 году перс Авиценна объяснил каменистость окаменелостей в «Книге исцеления» :

Если верно то, что сказано об окаменении животных и растений, то причиной этого (явления) является мощная минерализующая и окаменевающая сила, которая возникает в определенных каменистых местах или внезапно исходит из земли во время землетрясений и оседаний и окаменевает все, что приходит. соприкасаться с ним. В самом деле, окаменение тел растений и животных не более необычайно, чем превращение вод.

Ученые отмечали, что с 13 века до наших дней ископаемые черепа Deinotherium giganteum , найденные на Крите и в Греции, могли быть истолкованы как черепа циклопов из греческой мифологии и, возможно, являются источником этого греческого мифа. . Их черепа, кажется, имеют одно отверстие для глаза спереди, как и у их современных кузенов- слонов , хотя на самом деле это отверстие для их хобота.

Ископаемые раковины морского ежа мелового периода, Микрастера , использовались в средневековые времена как в качестве пастушьих корон для защиты домов, так и в качестве раскрашенных волшебных хлебов пекарями, чтобы принести удачу в выпечке хлеба.

В скандинавской мифологии панцири иглокожих (круглая пуговица из пяти частей, оставшаяся от морского ежа) были связаны с богом Тором , не только включенными в грозовые камни , изображения молота Тора и последующие кресты в форме молота, когда христианство было принято, но также хранились в домах, чтобы заручиться защитой Тора.

Из них выросли пастушьи венки из английского фольклора, которые использовались для украшения и как талисманы на удачу, ставились у дверей домов и церквей. В Саффолке пекари использовали другой вид хлеба в качестве талисмана на удачу, называя его волшебным хлебом , ассоциируя его с буханками хлеба аналогичной формы, которые они пекли.

Ранние современные объяснения

Более научные взгляды на окаменелости появились в эпоху Возрождения . Леонардо да Винчи соглашался с мнением Аристотеля о том, что окаменелости были остатками древней жизни. Например, Леонардо заметил расхождения с библейским повествованием о потопе как объяснение происхождения ископаемых:

Если бы Всемирный потоп разнес раковины на расстояние в триста-четыреста миль от моря, он унес бы их вперемешку с различными другими природными объектами, собранными вместе; но даже на таком расстоянии от моря мы видим, что устрицы все вместе, а также моллюски, каракатицы и все другие раковины, которые собираются вместе, оказываются все вместе мертвыми; и одиночные раковины находятся отдельно друг от друга, как мы видим их каждый день на берегу моря.

И мы находим устриц собранными в очень большие семьи, среди которых можно увидеть некоторых со сросшимися раковинами, что указывает на то, что они были оставлены там морем и что они все еще были живы, когда Гибралтарский пролив был прорезан. В горах Пармы и Пьяченцы можно увидеть множество раковин и кораллов с отверстиями, все еще прилипших к скалам...

Ихтиозавр и плезиозавр из чешского издания 1834 года книги Кювье « Рассуждения о революциях на поверхности земного шара ».

В 1666 году Николас Стено исследовал акулу и связал ее зубы с «языковыми камнями» древней греко-римской мифологии, заключив, что на самом деле это были не языки ядовитых змей, а зубы каких-то давно вымерших животных. виды акул.

Роберт Гук (1635–1703) включил микрофотографии окаменелостей в свою « Микрографию » и был одним из первых, кто наблюдал ископаемые формы . Его наблюдения над окаменелостями, которые он назвал окаменевшими останками существ, некоторых из которых больше не существовало, были опубликованы посмертно в 1705 году.

Уильям Смит (1769–1839) , английский инженер-каналостроитель, заметил, что горные породы разного возраста (на основании закона суперпозиции ) сохраняют разные комплексы окаменелостей, и что эти комплексы сменяют друг друга в правильном и определяемом порядке. Он заметил, что породы из отдаленных мест можно сопоставить на основе содержащихся в них окаменелостей. Он назвал это принципом фаунистической преемственности . Этот принцип стал для Дарвина одним из главных доказательств реальности биологической эволюции.

Жорж Кювье пришел к выводу, что большинство, если не все изученные им окаменелости животных, были остатками вымерших видов. Это побудило Кювье стать активным сторонником геологической школы мысли, называемой катастрофизмом . Ближе к концу своей статьи 1796 года о живых и ископаемых слонах он сказал:

Все эти факты, согласующиеся между собой и не противоречащие никакому сообщению, кажутся мне доказывающими существование мира, предшествовавшего нашему, разрушенного какой-то катастрофой.

Интерес к окаменелостям и геологии в целом возрос в начале девятнадцатого века. В Великобритании открытие Мэри Эннинг окаменелостей, в том числе первого полного ихтиозавра и полного скелета плезиозавра , вызвало как общественный, так и научный интерес.

Линней и Дарвин

Ранние натуралисты хорошо понимали сходства и различия живых видов, что привело Линнея к разработке иерархической системы классификации, которая используется до сих пор. Дарвин и его современники впервые связали иерархическую структуру древа жизни с очень скудной летописью окаменелостей. Дарвин красноречиво описал процесс происхождения с модификацией или эволюцию, посредством которого организмы либо приспосабливаются к естественным и меняющимся условиям окружающей среды, либо погибают.

Когда Дарвин писал «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых рас в борьбе за жизнь» , самыми древними окаменелостями животных были останки кембрийского периода, возраст которых, как теперь известно, составляет около 540 миллионов лет. Он беспокоился об отсутствии более старых окаменелостей из-за последствий для достоверности его теорий, но выразил надежду, что такие окаменелости будут найдены, отметив, что «с точностью известна лишь небольшая часть мира». Дарвин также размышлял над внезапным появлением многих групп (т . е. типов ) в древнейших известных кембрийских слоях, содержащих ископаемые.

После Дарвина

Со времен Дарвина летопись окаменелостей расширилась до 2,3–3,5 миллиардов лет. Большинство этих докембрийских окаменелостей представляют собой микроскопические бактерии или микрофоссилии . Однако в настоящее время известны макроскопические окаменелости позднего протерозоя. Эдиакарская биота (также называемая вендской биотой), датируемая 575 миллионами лет назад, в совокупности представляет собой богато разнообразное собрание ранних многоклеточных эукариот .

Летопись окаменелостей и последовательность фауны составляют основу науки биостратиграфии или определения возраста горных пород на основе встроенных окаменелостей. В течение первых 150 лет геологии биостратиграфия и суперпозиция были единственными средствами для определения относительного возраста горных пород. Геологическая временная шкала была разработана на основе относительного возраста горных пород, определенного ранними палеонтологами и стратиграфами .

С первых лет двадцатого века для проверки относительного возраста , полученного с помощью окаменелостей и указать абсолютный возраст многих окаменелостей. Радиометрическое датирование показало, что самым ранним из известных строматолитов более 3,4 миллиарда лет.

Современная эра

Летопись окаменелостей — это эволюционная эпопея жизни, которая разворачивалась в течение четырех миллиардов лет, когда условия окружающей среды и генетический потенциал взаимодействовали в соответствии с естественным отбором.

Виртуальный музей окаменелостей

Палеонтология объединилась с эволюционной биологией , чтобы разделить междисциплинарную задачу по описанию древа жизни, которое неизбежно ведет назад во времени к докембрийской микроскопической жизни, когда эволюционировали клеточная структура и функции. Глубокое время Земли в протерозое и еще глубже в архее только «рассказывается микроскопическими окаменелостями и тонкими химическими сигналами». Молекулярные биологи, используя филогенетику , могут сравнивать гомологию белковых аминокислот или нуклеотидных последовательностей (то есть сходство) для оценки таксономии и эволюционных расстояний между организмами с ограниченной статистической достоверностью. С другой стороны, изучение окаменелостей может более точно определить, когда и в каком организме впервые появилась мутация. Филогенетика и палеонтология работают вместе, проясняя все еще смутный взгляд науки на возникновение жизни и ее эволюцию.

Факопидный трилобит Eldredgeops rana crassituberculata . Род назван в честь Найлса Элдреджа .
Колонны криноидов ( Isocrinus nicoleti ) из среднеюрской формации Кармель на перекрестке Маунт-Кармель, Юта .

Исследование Найлса Элдреджа рода трилобитов Phacops подтвердило гипотезу о том, что изменения в расположении глазных хрусталиков трилобитов происходили скачкообразно на протяжении миллионов лет в течение девонского периода . Интерпретация Элдриджем летописи окаменелостей Phacops заключалась в том, что окаменели последствия изменений хрусталика, а не быстро протекающий эволюционный процесс. Эти и другие данные побудили Стивена Джея Гулда и Найлза Элдреджа опубликовать в 1971 году свою основополагающую статью о прерывистом равновесии .

Синхротронный рентгеновский томографический анализ ранних кембрийских билатеральных эмбриональных микрофоссилий позволил по-новому взглянуть на эволюцию многоклеточных животных на ее самых ранних стадиях. Метод томографии обеспечивает недостижимое ранее трехмерное разрешение на границах фоссилизации. Окаменелости двух загадочных билатерий, червеобразной Markuelia и предполагаемого примитивного первичноротого , Pseudooides , дают представление об эмбриональном развитии зародышевого листка. Эти эмбрионы возрастом 543 миллиона лет подтверждают появление некоторых аспектов развития членистоногих раньше, чем считалось ранее, в позднем протерозое. Сохранившиеся эмбрионы из Китая и Сибири подверглись быстрой диагенетической фосфатизации, что привело к прекрасному сохранению, в том числе клеточных структур. Это исследование является ярким примером того, как знания, закодированные в летописи окаменелостей, продолжают вносить недостижимую информацию о возникновении и развитии жизни на Земле. Например, исследование предполагает, что Markuelia имеет самое близкое родство с приапулидными червями и находится рядом с эволюционным ответвлением Priapulida , Nematoda и Arthropoda .

Несмотря на значительные успехи в обнаружении и идентификации палеонтологических образцов, общепризнано, что летопись окаменелостей в значительной степени неполна. Подходы к измерению полноты летописи окаменелостей были разработаны для многочисленных подмножеств видов, в том числе сгруппированных по таксономическому, временному, экологическому/географическому признаку или сумме. Это охватывает подполе тафономии и изучение предвзятости в палеонтологической летописи.

Искусство

Согласно одной из гипотез, коринфская ваза VI века до нашей эры является старейшим художественным свидетельством окаменелости позвоночного, возможно, миоценового жирафа в сочетании с элементами других видов. Однако последующее исследование с использованием искусственного интеллекта и экспертных оценок отвергает эту идею, поскольку у млекопитающих нет глазных костей, показанных на нарисованном монстре. Морфологически вазописные рисунки соответствуют хищной рептилии семейства варановых, до сих пор обитающей в районах, оккупированных древними греками.

Торговля и коллекционирование

Торговля окаменелостями — это практика покупки и продажи окаменелостей. Много раз это делалось незаконно с артефактами, украденными с исследовательских участков, что ежегодно стоило многих важных научных образцов. Проблема довольно ярко выражена в Китае, где многие экземпляры были украдены.

Сбор окаменелостей (иногда в ненаучном смысле охота за окаменелостями) — это сбор окаменелостей для научных исследований, хобби или получения прибыли. Сбор окаменелостей, практикуемый любителями, является предшественником современной палеонтологии, и многие до сих пор собирают окаменелости и изучают окаменелости как любители. И профессионалы, и любители собирают окаменелости из-за их научной ценности.

Как лекарство

Использование окаменелостей для решения проблем со здоровьем уходит своими корнями в традиционную медицину и включает использование окаменелостей в качестве талисманов . Конкретное ископаемое, которое можно использовать для облегчения или лечения болезни, часто основано на его сходстве с симптомами или пораженным органом. Полезность окаменелостей в качестве лекарства почти полностью обусловлена ​​эффектом плацебо , хотя ископаемый материал мог бы предположительно обладать некоторой антацидной активностью или поставлять некоторые необходимые минералы . Использование костей динозавров в качестве «костей дракона» сохранилось в традиционной китайской медицине до наших дней, а кости динозавров среднего мелового периода использовались для этой цели в округе Руян в начале 21 века.

Галерея

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Предшествует Этапы развития человека
Окаменение
Преемник
Никто