1.7. ЖИВЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ В ЖИВОТНОМ И РАСТИТЕЛЬНОМ ЦАРСТВАХ

«Известно, что ныне живущие виды составляют лишь небольшую часть тех, которые существовали на Земле. Пока что еще встречается некоторое число переживших (свои группы) видов, но они уже очень редки. Связующие звенья, потомками которых они являются, вымерли. Исследования и систематическое поддержание этих видов должны вестись с таким расчетом, чтобы они не вымерли до того, как будут изучены. Международная программа, содержащая направления работ, могла бы сослужить большую службу и предотвратить их безвозвратное исчезновение» (по П. Ожеру). Это заключение специального совета ЮНЕСКО на 780-м заседании Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций показывает, насколько важна эволюционная роль «живых ископаемых». Живые ископаемые современного растительного и животного мира именуются также «филогенетически законсервированными типами». Среди них встречаются формы, не претерпевшие в течение миллионов лет никакого эволюционного прогресса. Они являются типичными примерами филогенетического затишья внутри рода, семейства и т.д. в течение геологических периодов. Для отнесения организма к «живым ископаемым» решающее значение имеет их абсолютный возраст. Он может в значительной мере колебаться и в особенности у наземных родов растений. Хорошо изученные в палеонтологическом и палеоботаническом отношениях растения, относимые к «живым ископаемым», являются консервативными типами и совсем не изменились или изменились очень мало по сравнению с родственными формами из геологического прошлого.

1.6.4.  РЕКОНСТРУКЦИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ФЛОРЫ И ФАУНЫ И ИХ ЭВОЛЮЦИИ

Среднеэоценовое местонахождение фоссилий Гайзельталь южнее Галле-на-Заале за последние 50 лет дало более 50 тыс. остатков крупных ископаемых более 200 видов разнообразнейших групп животных, а также около 150 точек отбора палеозоологических и палеоботанического материала. Этот ископаемый материал позволяет уже сейчас сделать обоснованные палеонтологические, палеоэкологические и седиментологические (седиментология — наука о происхождении, образовании и преобразовании осадочных пород) заключения об ископаемых биотопах, их биоценозах и растительных сообществах, а также о геологических процессах, которые привели к образованию различных типов местонахождений. Эти находки служат решению проблем, непосредственно связанных с историей Земли и развитием жизни, и дают материал для детальных реконструкций животного и растительного мира раннетретичной эпохи (примерно 50 млн. лет назад).

1.6.3.  РЕКОНСТРУКЦИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ТРЕТИЧНЫХ ФЛОР

Реконструкция вымерших флор локальных местона хождений возможна лишь при наличии обильного ископаемого материала. Для этого необходимы многолетние систематические сборы, являющиеся благодарной задачей для коллекционера-любителя. Примером тому может служить третичная нижнемиоценовая флора Зейфхеннесдорфа-на-Оле. Из этого местонахождения настоящему времени известно более 50 видов растений относящихся к более чем 25 семействам. Такое большое число видов, вероятно, принадлежало различным растительным сообществам, из которых состояла эта третичная флора.

Реконструкция третичной флоры, с одной стороны проще, чем растительности более древних периодов поскольку третичные виды имеют своих родственников (потомков) в Северо-Американской и Южно-Азиатской областях. С другой стороны, нередко возникают серьезные трудности в определении остатков, поскольку листья, принадлежавшие растениям из разных семейств, нередко обнаруживают морфологическое сходство. Поэтому необходимо применение актуопалеонтологических данных: всестороннее сравнение ископаемого материала с современными видами и изучение современных растительных сообществ.

1.6.2. РЕКОНСТРУКЦИЯ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ ФЛОРЫ

Реконструкция флор, или картин растительного мира, представляет собой дальнейший шаг рассматриваемых работ. На основе богатого ископаемого растительного материала уже много десятилетий назад были созданы картины жизни каменноугольных лесов. Вначале в основу реконструкций были положены только крупные остатки: стволы, части вайи, перья и т. п. В последние годы существенные дополнения внесло микроскопическое изучение углей, что видно на следующем примере. Речь пойдет об общей реконструкции каменноугольного леса. В предлагаемой картине растительности отдельные виды представлены в меньшем количестве, чем это изображено на многих пейзажах каменноугольного леса. Представляется гораздо более важным дать общий обзор распространения отдельных растительных группировок (растительных сообществ) и показать соответствующие им типы болот. К сожалению, на многих картинах растения располагаются так, как они были бы расположены в ботаническом саду.

Рис. 1.18. Биотопы каменноугольного болота карбона в их трансверсальной последовательности и взаимоотношения с характером угленакопления {по Тейхмюллеру).

1.6.1.  РЕКОНСТРУКЦИЯ ИСКОПАЕМОГО РАСТЕНИЯ

Непосвященному человеку реконструкция растения, жившего более 200 млн. лет назад, вероятно, кажется фантастической, тем более что в ископаемом состоянии сохраняются лишь его отдельные органы или части органов. Составление организма из отдельных частей, с тем чтобы он был близок к действительности и отвечал уровню организации в определенные геологические эпохи, относится к сложнейшим задачам палеонтологии. Такие реконструкции являются результатом многолетних исследований, требующих криминалистического чутья, знания множества деталей, а также применения специальных методов препарирования. В нашем случае реконструкции растения — каменноугольного папоротника Nemejcopterisfeminaeformis,имевшего высоту около 1 м, благоприятствует хорошая сохранность ископаемых остатков органов этого растения и знание точного геологического возраста отложений, где он был найден.

Уже давно из европейского карбона (стефаний) и нижней перми (нижний красный лежень) под названием «Pecopteris» feminaeformisописывались перышки с простым перистым жилкованием и цельным краем. При этом всегда отмечалось, что внутри данного рода упомянутый вид занимает особое положение.   Благодаря многолетним сборам остатков различных органов этого вида из красного лежня Дёленерского бассейна вблизи Дрездена впервые была выполнена реконструкция и установлено систематическое положение растения. На основе данных о морфологическом и анатомическом строении ныне его относят к новому роду и описывают как Nemejcopterisfeminaeformis.

1.6.    СРЕДА ЖИЗНИ В ГЕОЛОГИЧЕСКОМ ПРОШЛОМ — РЕКОНСТРУКЦИЯ ИСКОПАЕМЫХ ОРГАНИЗМОВ И СРЕДЫ ИХ ОБИТАНИЯ

Предпосылкой для реконструкции фауны и флоры какого-либо местонахождения является наличие систематически собранных в достаточном количестве окаменелостей, чему предшествует целенаправленная постановка раскопок с применением биостратиграфических и биостратономических методов.
Определение фоссилий и их сравнение с современными организмами (разумеется, в пределах возможного) позволяют сделать выводы не только об облике самих организмов, но и о жизненных сообществах (биоценозах), в которых они обитали. Поскольку от животных и в особенности от растений часто остаются только обломки, то, прежде чем заняться реконструкцией сигиллярии, лепидодендрона или каменноугольного папоротника, приходится проводить большую, трудоемкую и вместе с тем незаметную подготовительную работу. Из сказанного вытекает и динамика процесса познания, которая зависит от возможности проведения детальных исследований и применения новых методов, (см. разд. 1.4.2). Описанные методы изучения позволяют, во-первых,   реконструировать сам организм,   его экологию и распространение (биотоп), а также — учитывая, что ни один организм не существовал сам по себе, — его место в окружающем сообществе организмов (биоценозе).

1.5.3. «СВЯЗУЮЩИЕ ЗВЕНЬЯ», ИЛИ «МОЗАИЧНЫЕ ТИПЫ»

В естествознании сравнительно поздно выяснилась важная роль палеонтологии как дисциплины, без которой невозможно раскрытие филогенетического процесса различных групп организмов, происходившего на фоне исторического развития Земли.

Впервые вопросы эволюционного развития были поставлены Ж. Б. Ламарком в его «Философии зоологии». Эволюционные идеи Ламарка нашли свое отражение в работах таких выдающихся исследователей, как X. Л. фон Бух (1774—1853), А. Д. Орбиньи (1802— 1857), Г. цу Мюнстер (1776—1844), Ф. А. Квенштедт (1809—1889), и нашли свое подтверждение на примерах изучения отдельных групп, например аммонитов. Однако фундамент эволюционной теории был заложен Чарльзом Дарвином (1809—1882) в его «Происхождении видов». Впоследствии эти идеи развивались Э. Геккелем (1834—1919) и стали ведущими в развитии палеонтологии. Тем не менее на пути развития эволюционных идей в палеонтологии биологами всегда выдвигались такие контраргументы, как «неполнота геологической летописи» и «недостаточная доказательность ископаемого материала для решения эволюционных вопросов». В свое время как в растительном, так и в животном ископаемом мире отсутствовало много так называемых переходных форм. Для этих форм Ч. Дарвином было введено понятие «недостающие звенья одной цепи». Ныне благодаря многочисленным находкам ископаемых остатков многие «недостающие звенья» уже заполнены и вместо них введено понятие «связующие звенья», или «мозаичные типы».

1.5.2.    БИОСТРАТОНОМИЯ

Одной ,из наиболее разносторонних и обширных составных частей общей палеонтологии является учение о захоронении, занимающееся проблемой перехода организмов из биосферы в литосферу. Оно охватывает диагенез фоссилий и биостратономию. Биостратономия выясняет специфические состояния и факторы, действовавшие в данном месте во время захоронения остатков организмов: например, в русле ручья, в море или на участке берега. Она изучает механические связи взаиморасположения остатков организмов и их отношение к вмещающим породам (рис. 1.16). Если прежде наиболее важным было залегание и расположение остатков в породе, то ныне при биостратономических исследованиях восстанавливаются все процессы —от отмирания организма до полного захоронения в осадке его трупа или его отдельных частей. С качественной и количественной сторон учитываются все внешние и внутренние силы, воздействовавшие на эти процессы: течения, сила гравитации, направление ветров, влияние газов разложения, перенос и др. При этом важная роль отводится принципу актуализма. Актуопалеонтологические исследования и наблюдения охватывают современные явления в природе и помогают при биостратономическом анализе ископаемых находок.

1.4.4.    КАК РАСПОЛОЖИТЬ КОЛЛЕКЦИЮ ФОССИЛИЙ

Прежде всего мы должны знать, что, где и как мы хотим и можем собрать. При этом в центр внимания никогда не следует ставить значение будущей коллекции.

Как уже неоднократно отмечалось, фоссилий являются документами жизни на нашей планете в геологическом прошлом. Их нужно охранять, об их сохранении следует постоянно заботиться. При этом нужно внимательно относиться к указаниям и советам музейных работников и специалистов других научно-исследовательских учреждений и ни в коем случае не рассматривать это как опеку либо излишнее попечительство.

Что же следует делать с фоссилиями, которые уже собраны, объединены в коллекцию и, если нужно, отпрепарированы.

С увеличением растяжения мехов камеры и масштаба изображения уменьшается освещенность последнего. Соответственно увеличивается время экспозиции при съемке. Например, при масштабе 1:2 она равна 2,25, при масштабе 1:1—соответственно 4. Таким образом, освещенность—удлинение камеры = (масштаб изображения+1)2. Это уравнение справедливо, если используется камера с внутренним масштабом либо с призмой ТТЛ. Масштаб изображения определяется очень простым способом — путем сопоставления истинных размеров оригинала с результатами измерения миллиметровой линейкой его изображения на матовом стекле.

1.4.3.    ФОТОГРАФИРОВАНИЕ ФОССИЛИЙ

Как и любое фото-документирование, фотографирование фоссилий представляет собой точный технический метод, дающий фундаментальное представление об оптико-геометрических свойствах объекта. Научно-техническая фотография отличается от художественной фотографии своей правдивостью и точностью передачи. Это документ, отражающий момент существования и структуру своего оригинала, его факсимиле. При фотографировании фоссилий эти основные положения научной фотографии должны неукоснительно соблюдаться.

Минимальным условием при фотографировании фоссилий является обзорная съемка крупных фоссилий лишь одной камерой без каких-либо вспомогательных средств. Расстояние от камеры до предмета может варьировать от бесконечности (в оптическом понимании) до 1м. Резкость фокусировки обеспечивается винтовым ходом объектива либо его простым выдвижением.

В последнее время разработана методика изготовления прозрачных лаковых пленок, имеющих по сравнению со шлифами целый ряд преимуществ. Для их изготовления тонко пришлифованная поверхность древесины протравливается соляной кислотой, если окаменелость известковая, или плавиковой, если она окремнелая. Длительность протравливания, как и концентрация протравливающего вещества, зависит от характера материала. После протравливания поверхность промывается теплой водой. Затем она покрывается растворенным в ацетоне лаком (гайзельтальлак). Лак наносится в несколько слоев до тех пор, пока не образуется достаточно прочная пленка, которая отрывается от пришлифованной поверхности и затем изучается под микроскопом.

Наряду с лаковыми репликами разработана и методика изготовления ацетатных реплик. Для этого протравленная поверхность пропитывается ацетоном, а затем быстро покрывается ацетатной пленкой. Под влиянием быстро испаряющегося ацетона нижняя поверхность пленки растворяется, и спустя некоторое время получается строго равномерная пленка, отражающая микрорельеф поверхности,— реплика (англ.— peel). Хранить их можно в высушенном виде либо же в глицерин-желатине.

1.4.2. ПОДГОТОВКА И ПРЕПАРИРОВАНИЕ ФОССИЛИЙ

1.4.2.1. ПОДГОТОВКА

Подготовка и препарирование фоссилий, собственно говоря, начинаются уже при шурфовании. В каждом отдельном случае они отличны и зависят от характера сохранности фоссилий и литологических особенностей вмещающих пород. Например, унифицированные остатки растений из глинистых третичных отложений требуют мгновенной упаковки во избежание быстрого высыхания и растрескивания глинистого вещества. Грубая формовка свежеизвлеченных образцов с помощью шпателя или ножика, удаление с их поверхности песка мягкой кисточкой значительно облегчают позднейшее препарирование. Крупные штуфы можно заворачивать в бумагу, а на прилагаемой этикетке карандашом (но не чернилами и не шариковой ручкой) пишется адрес местонахождения и указывается слой, из которого отобраны фоссилий. Маленькие, легко разрушаемые остатки организмов либо фоссилий из влажных глин во избежание плесени следует завернуть в ватку, смоченную фенолом или формалином. Такие образцы потом упаковываются в соответствующие коробки. Мелкие остатки, у которых сохранилось собственно тело, как, например, остатки третичных плодов и семян, упаковываются в стеклянные пробирки различной величины. Более крупные образцы, содержащие подлежащие отмывке окаменелости, сохраняются в пластиковых пакетах. В них тоже следует налить немного фенола либо формалина.

1.4.      РАБОЧИЕ МЕТОДЫ ПАЛЕОНТОЛОГИИ

1.4.1.    СБОРЫ С ПОВЕРХНОСТИ, ШУРФОВАНИЕ, РАСКОПКИ

Фоссилии встречаются только в осадочных породах, таких, как пески, песчаники, глины, мергели, известняки; значительно реже их можно встретить в некоторых метаморфических породах, как, например, в сланцах и мраморах. Их можно наблюдать в естественных обнажениях, на расчищенных водной и ветровой эрозией морских берегах, в скалистых обрывах или по берегам рек. Окаменелости можно собирать и на полях, сложенных осадочными породами, содержащими остатки организмов, и в особенности в так называемых искусственных обнажениях, карьерах и горных выработках, созданных руками человека. К ним относятся песчано-галечные карьеры, каменоломни, карьеры по добыче глин, открытые разработки каменного угля, медистых сланцев, разведочные и гидрогеологические артезианские скважины, а также шахты. Некоторые открытые обнажения, как, например, котлованы, существуют малый срок и недолго доступны для изучения; другие, как, например, песчаные, гравийные и глиняные карьеры, каменоломни, отвалы и терриконы, существуют долго, многие годы, и могут служить источником ископаемого материала. Все же они доступны исключительно специалистам.

1.3.  ФОССИЛИИ В ВЕРОВАНИЯХ НАРОДА

Вопрос о природе окаменелостей, или фоссилий, уже волновал и доисторического человека позднего палеолита и жителя Древней Греции. Эти находки довольно часто правильно толковались как остатки древних морских животных на современной суше.

Хотя фоссилии уже давно, и в особенности ныне, являются рабочим объектом исследований прикладной палеонтологии, несведущие лица имели и нередко имеют до сих пор самые превратные представления об этом предмете. Благодаря сходству многих фоссилий с известными объектами окружающей нас среды нередко делались сопоставления, приводившие к лишенным смысла толкованиям окаменелостей. Даже при сильных отличиях ископаемых остатков от современных форм наблюдалась тенденция к сравнению лишь внешнего облика, природа которого неспециалисту недоступна. Так обычно кончались и кончаются попытки объяснения фоссилий с чисто метафизических позиций. Подобные устаревшие взгляды отбрасывают нас назад в средневековье и в раннюю пору истории человечества.

1.2.2. ПСЕВДОФОССИЛИИ И ПОДДЕЛКИ ФОССИЛИЙ

Псевдофоссилии, или ложные фоссилии, обязаны своим происхождением различным механическим, физическим и химическим процессам, воздействовавшим на осадочную породу во время ее образования, диагенеза или выветривания. В последнем случае более твердые минеральные образования резко выделяются на фоне мягкой породы. Псевдофоссилии главным образом связаны с конкрециями (лат. concreto — концентрирование; процесс, состоящий в том, что минеральные растворы, осаждаясь, образуют неправильные линзообразные, шарообразные или узловатые агрегаты), инфильтрацией (просачивание растворенных веществ и цементация ими породы) и с воздействием процессов выветривания. Часто эти образования имеют самую причудливую форму, благодаря чему они являются излюбленным объектом сборов у коллекционеров-любителей. В них они могут увидеть либо ногу, либо червя, либо рыбу, либо еще чтонибудь — лишь бы эта форма получила свое название. Наряду с этими видимыми опытному глазу нефоссилиями встречаются образования, представляющие головоломку и для палеонтолога-специалиста. В табл. 1.1 приведены примеры наиболее частых псевдофоссилий, их наименование, ошибочная трактовка и неорганическое происхождение, т. е. приведено их истинное происхождение.

Особые формы сохранности ископаемых растений и животных. К особым формам сохранности мы относим такие формы, которые либо очень редки в природе, либо не укладываются в приведенную выше схему их классификации.

Остатки растений, стволы, листья, плоды и семена встречаются главным образом в углефицированном состоянии. Под углефикацией понимается очень сложный, происходящий в анаэробных условиях процесс преобразования растительных остатков в торф, бурьй уголь, каменный уголь, антрацит и графит (рис. 1.2) При этом в определенных условиях, преимущественно на дне болот, в условиях влажного климата происходит накопление растительного вещества, которое, будучи покрыто водой, не подвергается гниению.   При непрерывном опускании субстрата растительные остатки, перекрываемые отлагающимися слоями песков и глин,под воздействием давления и повышенных температур, а также анаэробных бактерий подвергаются различным физикохимическим процессам, именуемым биохимической и структурной углефикацией. По мере увеличения степени углефикации происходит обогащение фоссилий углеродом. Наряду с обугленными плодами и семенами растений в буром угле и вмещающих отложениях нередки углефицированные отпечатки листьев, особенно часто встречающиеся в глинах. Благодаря специальным методам исследования стало возможным изучение не только их внешнего облика, но и  анатомического строения — настолько хороша их сохранность.

1.2. ДИАГЕНЕЗ ФОССИЛИЙ И УСЛОВИЯ ИХ СОХРАНЕНИЯ

1.2.1. ФОРМЫ СОХРАННОСТИ ФОССИЛИЙ

Переход организма из биосферы в литосферу называется фоссилизацией. Он следует после разнообразных преобразований исходного материала (рис. 1.1).

Известно, что под воздействием механических и химикобиологических процессов на поверхности суши происходит очень быстрое разрушение трупов животных и отмерших растений. Мягкие ткани останков сгнивают, разлагаются или пожираются трупоедами. Большая часть растительных веществ также подвержена процессам гниения и разрушения. Лишь небольшой процент организмов, преимущественно животных, имеет шансы сохранить свою форму и свой вещественный состав. Предпосылкой для сохранения остатков организмов после его смерти является возможно скорейшее погребение под осадком, препятствующее дальнейшим процессам разложения.