Палеоэкология: учебное пособие
Шрифт:
В этой связи интересно сравнить климатические условия на планетах земной группы: Венере, Марсе и Земле. Средняя температура Марса -60 °C, Земли +14,5 °C, а Венеры +460 °C. Разница возникла, как считает планетолог Дж. Кастангс, из-за различия в циркуляции углекислого газа в древнейшие эпохи существования этих планет, которые первоначально, возможно, имели сходное строение атмосферы и не такие резкие различия в температурном режиме. Но на Марсе отсутствовала явная тек-тоника плит, поэтому углекислого газа поступало в атмосферу мало, и он был «вымыт» из нее осадками, атмосфера стала сильно разреженной, и Марс «замерз». На Венере вода быстро испарялась и почти не было осадков. Углекислый газ накапливался в атмосфере, ее плотность
Глава 2
Древность жизни. преджизнь, или химическая эволюция
2.1. Возникновение жизни и биосферы – одна из важнейших проблем современного естествознания, которая еще далеко не решена. Предполагается, что жизнь на Земле возникла из «пред– жизни», эволюции химических веществ, которые мы теперь называем органическими, с постепенным усложнением их строения вплоть до появления аминокислот и нуклеотидов – «кирпичиков», из которых строились белки и нуклеиновые кислоты.
Однако время и место перехода преджизни в жизнь, а химической эволюции – в биологическую представляют собой загадку, к решению которой мы только подходим. Возможно даже, что Земля и жизнь – почти ровесники, и длительного периода «безжизненной Земли» просто не было. Так, по мнению некоторых ученых, возраст Земли – 4,5 млрд лет, что согласуется с основными современными космогоническими теориями, но возраст жизни чаще всего определяют в 4,25 млрд лет. Следовательно, безжизненный период длился «всего» 250 млн лет, т. е. 5,6 % всего времени ее существования.
Для решения этого вопроса необходимо учитывать последние данные палеонтологии и палеогеохимии, подтверждающие наличие жизнедеятельности организмов прошлых геологических эпох.
2.2. Наши знания о ранее живших организмах представляются довольно жалкими. Миллиарды особей предков современного растительного и животного мира безвозвратно исчезли в прошлом, не оставив после себя остатков в виде тех или иных форм ископаемых. По оценкам ведущих палеонтологов, в геологической летописи сохранилось всего лишь около 0,1 % от числа видов, некогда населявших поверхность Земли в течение ее истории (а некоторые ученые считают, что осталось всего 0,01 % от числа видов). Наглядно это можно представить себе так. Человеку, не читавшему «Войну и мир» (более 62 тыс. строк), дали наугад выбранные 60–70 строк из этой книги и попросили восстановить сюжет.
Связаны такие «пробелы» в геологической летописи с плохой сохранностью организмов, особенно беспозвоночных животных и травянистых растений, после их гибели. Следы существования, которые оставляют после себя организмы прошлых эпох, подразделяются на морфологические и геохимические.
Морфологические следы наиболее очевидны. Они встречаются в виде естественных мумификаций, окаменелостей и отпечатков. При естественной мумификации организм сохраняется наиболее полно. Однако естественные мумии образуются редко, в основном при замерзании трупов животных и остатков растений в вечной мерзлоте (трупы мамонтов и других животных, найденных в Сибири).
Окаменелостями чаще всего оказываются твердые части тела: раковины, скелеты губок и кораллов, кости позвоночных животных, стволы деревьев. Реже и мягкие части тела могут подвергаться процессу окаменения (фоссилизации). При этом различные минеральные вещества, растворенные в природных водах, проникают в тело погибшего организма и замещают его ткани и даже отдельные клетки. Это пирит, кремний, соли железа и др. Процессу фоссилизации
Отпечатки представляют собой окаменелые признаки формы организмов, которые зафиксировали свою тонкую структуру на поверхности тонкозернистого осадка. Впоследствии этот осадок превратился в твердый камень. Отпечатываются чаще всего листья растений, следы животных, иногда животные, состоящие только из мягких тканей, в частности медузы, черви и пр.
Фоссилизированные остатки встречаются в основном в отложениях, охватывающих последние 570 млн лет геологической истории. Этот этап (сейчас принято наименование «эон») назван американским палеонтологом Ч. Шухертом «Фанерозоем», эоном явной жизни (от «фанерой» – явный, ясный). К Фанерозою относятся три последние эры жизни – Палеозой («древняя жизнь», «палеос» – древний), Мезозой («средняя жизнь», «мезос» – средний) и Кайнозой («новая жизнь», «кайнос» – новый). Более древняя и продолжительная часть геологической истории Земли (от возникновения жизни примерно 4,25 млрд лет назад до начала Фанерозоя 570 млн лет назад) именуется Криптозоем – эоном скрытой жизни («криптос» – скрытый). К нему относятся две эры – Архей, или Археозой («древнейшая жизнь», «археос» – древний), и Протерозой («ранняя жизнь», «протерос» – ранний). Поскольку первый период Фанерозоя называется Кембрий, весь Криптозой иногда именуют Докембрием.
Докембрийские (криптозойские) организмы не имели твердых скелетов и представлены преимущественно микрофоссилиями (окаменевшими остатками микроскопических организмов) и их выделениями и постройками в форме так называемых строматолитов («подстилочных камней») и онколитов («камней-наростов»). Это полушаровидные, шаровидные или конические образования со сложной слоистостью, состоят они в основном из извести (СаСОз). Их строителями были обитающие на мелководьях бактерии и сине-зеленые водоросли. Древнейшие строматолиты найдены в Австралии, в формации Варравуна, их возраст около 3,5 млрд лет.
Геохимические следы существования живых организмов остаются в виде органических соединений в осадочных породах земной коры. Они широко распространены по Земле и состоят в разных пропорциях из углеводов, жиров, аминокислот преимущественно растительного происхождения и возникли из мелких растительных организмов, ранее слагавших планктон древних водоемов. Наиболее древние следы деятельности фотосинтезирующих микроорганизмов – сине-зеленых водорослей (цианобактерий) в виде геохимических следов найдены в сланцах системы Онвервахт в Южной Африке, их возраст 3,44 млрд лет.
Важное место в современной геохимии и палеогеохимии занимают изотопные методы исследований, позволяющие установить следы жизнедеятельности в самых древних метаморфизированных породах земной коры. В процессе жизнедеятельности при обмене с веществами внешней среды происходит фракционирование изотопного состава некоторых элементов, в частности углерода и серы. Особенно показательными являются данные по изотопному составу углерода, главного элемента жизни, и кислорода – в последнем случае можно по изотопному составу установить кислород биогенного происхождения (выделявшийся при фотосинтезе). Так, в древнейшем известном геологам участке земной коры, комплексе пород Исуа в Гренландии, возрастом в 3,8 млрд лет, найдены соединения углерода, по изотопному составу отнесенные к фотосинтетическим по происхождению, а также окисленное железо, окислить которое мог кислород, выделявшийся при фотосинтезе.