Загадка эдиакарских организмов

ЗАГАДКА ЭДИАКАРСКИХ ОРГАНИЗМОВ

В 1947 г. вышла первая статья R.C.Sprigg о находках в кварцитах Паунд в районе хребта Флиндерс близ Эдиакары, штат Южная Австралия, необычных ископаемых остатков организмов, позднее получивших название «Эдиакарская фауна». Это полувековой давности открытие имело особое значение для наук о Земле благодаря тому, что находки происходили из заведомо докембрийских отложений. В те годы докембрий считался палеонтологически немым, так как был охарактеризован лишь плохо изученными и мало понятными тогда строматолитами и сомнительными находками. Благодаря открытию R.C.Sprigg было обращено серьезное внимание и понята большая важность аналогичных ископаемых, известных еще до Второй мировой войны, в том числе и из юго-западной части Русской платформы. Окаменелости из Эдиакары стимулировали широкие поиски подобных ископаемых по всему миру, а эдиакарская фауна позволила Б.С.Соколову в 1985 г. обосновать выделение новой геологической системы в докембрии – вендской системы.

Главной особенностью эдиакарских окаменелостей является то, что это не скелеты – раковины, домики, панцири, кости, хитиновые, целлюлозные или пектиновые покровы или отдельные внутренние или внешние структуры, либо следы жизнедеятельности

в виде измененных текстур осадка, то есть все то, что было известно из фанерозойской ископаемой летописи. Эдиакарские окаменелости – это отпечатки и слепки на поверхностях напластования и внутри слоев осадочных пород мягкотелых существ, не имевших не только твердых скелетов, но и каких-либо способных фоссилизироваться органических покровов или внутренних структур. Но что это были за существа? Как могли сохраниться остатки мягкотелых организмов в плотных зернистых породах, часто в кварцитах? Как могли образоваться высокорельефные отпечатки и даже трехмерные слепки, и почему они не были деформированы при литификации осадка? Какой образ жизни вели эти существа и в каких условиях они обитали? Почему эдиакарские организмы существовали в геологической истории короткое время и никак не связаны преемственностью с последующей раннекембрийской фауной? До самого последнего времени разгадать эти загадки эдиакарской фауны не удавалось, либо ответы были неубедительными. Начавшиеся в последние годы детальные исследования эдиакарских и других ископаемых остатков из разрезов верхнего венда Архангельской обл. (север России) проливают свет на этих загадочных организмов и позволяют дать обоснованные ответы.

ЖИВОТНЫЕ ИЛИ РАСТЕНИЯ

Непосредственно по самим остаткам эдиакарских организмов невозможно судить о том, каково было строение клеток, из-за чего нельзя и корректно ответить на вопрос: были ли эти организмы прокариотами или эвкариотами? Однако размеры остатков (от долей см до нескольких десятков см) позволяют достаточно уверенно предполагать, что они принадлежали эвкариотам. Но были ли это водоросли или животные? Единственным ключом к решению этой проблемы может быть только анализ сохранности. Одновременно с эдиакарскими организмами в тех же самых или экологически близких условиях в позднем венде (540-570 млн. лет тому назад) в бассейнах, раскинувшихся на территории Русской платформы, обитали разнообразные нитчатые серные бактерии, актиномицеты, цианобактерии, коккоидные и нитчатые эвкариотные водоросли, хитридиевые водные грибы и макроскопические лентовидные водоросли, сохранившиеся в тех же самых (даже на тех же поверхностях напластования, где найдены отпечатки эдиакарских организмов) или литологически близких породах в виде органикостенных микрофоссилий или фитолейм. Уникальная неизмененность пород и отсутствие выветривания в обнажениях Архангельской обл. и скважинах Московской и Мезенской синеклиз снимает важнейший аргумент, широко использовавшийся ранее для объяснения почему не сохранились органические структуры у эдиакарских организмов – органические вещества на остатках отсутствуют из-за того, что они либо были разрушены в результате диагенеза и постдиагенетических процессов, либо в результате выветривания. Столь широкий спектр сохранности остатков разнообразных бактерий, водорослей и грибов в верхнем венде Русской платформы позволяет уверенно говорить о том, что клетки эдиакарских организмов должны были иметь иное строение. Эти же данные опровергают представления G.J.Retallack об эдиакарских организмах как лишайниках и грибах с плотными тканями, так как подобные ткани, как мы видим из приведенных выше примеров, должны были бы сохраняться в ископаемом состоянии. Клеточные структуры животных организмов крайне редко сохраняются в ископаемой летописи кроме как у замороженных трупов или остатков в янтаре. Поэтому можно предполагать, что эдиакарские организмы были именно животными, а не растениями. При этом масса тела этих организмов была невелика, так как их остатки очень слабо пиритизированы, тогда как в тех же условиях широко распространены остатки нитчатых водорослей рода Striatella (их нитчатый таллом был шириной около 0,1 мм и длиной более 2 или даже 4 см), пиритизированные в результате деятельности серных бактерий – деструкторов органики.

КАК ОБРАЗОВЫВАЛИСЬ ОТПЕЧАТКИ И СЛЕПКИ

За полувековую историю изучения эдиакарской фауны было предложено много объяснений способа образования отпечатков и слепков мягкотелых организмов. Были проведены эксперименты по моделированию процессов захоронения мягкотелых организмов – главным образом медуз, так как первоначально многие из эдиакарских окаменелостей трактовались именно как остатки планктонных медуз. В экспериментах отпечатки были получены с применением разных материалов: A.G.Nathorst в 1881 г. использовал гипс, W.Schafer в 1941 г., R.D.Norris в 1989 г. и D.L.Bruton в 1991 г. применяли пески с разной сортировкой зерен, гранулометрией и содержанием глинистого матрикса, D.L.Bruton использовал также латекс. Однако искусственность получающихся результатов вступала в очевидное противоречие с фактическим материалом. Это вынуждало исследователей предполагать, что в действительности имел место иной процесс образования эдиакарских окаменелостей. H.D.Pflug полагал, что могло происходить посмертное окремнение остатков организма. R.J.F.Jenkins считал, что слепки образовывались в результате заполнения осадком полости, оставшейся от разложившегося внутри осадка тела, а форма полости при этом сохранялась за счет образования ореола минеральных веществ, пропитывавших окружающий осадок. A.Seilacher предположил, что тела одних организмов могли располагаться внутри осадка и рости одновременно с седиментацией, а для объяснения образования отпечатков на поверхностях напластования он предложил процесс образования «посмертных масок»: нижняя часть засыпанного осадком тела разлагалась в результате жизнедеятельности бактерий, в эту полость снизу проникал осадок, тогда как более прочные структуры, располагавшиеся в спинной части тела, некоторое время сдерживали вышележащий осадок. Но лишь проведенное Д.В.Гражданкиным изучение сохранности остатков нового рода и вида Ventogyrus chistyakovi Ivantsov et Grazhdankin, 1997 и обстановок осадконакопления верхневендских пород Архангельской обл. прояснило как были образованы отпечатки и слепки эдиакарских организмов группы Petalonamae.

Остатки V. chistyakovi

были найдены в среднем течении р. Онеги на юго-восточном окончании хребта Ветреный Пояс на западе Архангельской обл. Обнажения сложены глинисто-терригенными породами, среди которых доминирует глинисто-алевритистая толща, демонстрирующая характерное для венда тонкое ритмичное строение. В толще переслаивания алевролитов и глин присутствуют турбидитоподобные прослои, слепки промоин и эрозионных котлов, выполненные мелкозернистыми песчаниками, содержащими по напластованию плоскую глиняную гальку. В толще переслаивания алевролитов и глин широко распространена бугорчатая слоистость. Остатки V. chistyakovi встречены только в слепках эрозионных котлов, но не во всех. Слепки котлов – это текстуры, образовавшиеся в результате многоэтапного последовательного заполнения округлых эрозионных углублений (диаметром 0,6-0,8 м и глубиной 0,4 м) на дне. Борта слепков гладкие, с одной стороны относительно крутые, с другой – положе. Слепки промоин и котлов, выполненные мелкозернистыми песчаниками и алевролитами, являются характерными текстурами среди группы штормовых отложений, или темпеститов. Считается, что промоины и котлы возникают во время штормов и образуются сильными придонными течениями, они указывают на высокую гидродинамическую активность обстановок осадконакопления и на комбинированный эффект горизонтальных и вертикальных завихрений среди однонаправленных придонных потоков. Упомянутая выше бугорчатая слоистость в толще переслаивания также относится к текстурам группы темпеститов, она служит хорошим индикатором глубины проникновения штормовых волн и взмучивания осадка.

Текстуры темпеститов (бугорчатая слоистость, слепки промоин и эрозионных котлов) в фациях отложений турбидных потоков характерны для обстановок шельфов с волновым режимом осадконакопления. Толща переслаивания алевро-глинистых пород в таком случае отвечает условиям дистальных темпеститов: взмученный волнами тонкий и мелкозернистый материал переносился турбидными потоками в обстановки ниже глубины взмучивания осадка. Замеры направлений простирания слепков промоин, падения косой слоистости и ориентировки гребней знаков ряби показывают, что перенос осадков осуществлялся в юго-восточном направлении посредством штормовых потоков.

Шторма были, вероятно, главным фактором переноса и накопления песчаных, алевритовых и глинистых отложений на этом участке палеобассейна. Штормовые волны взмучивали большие объемы песка, а генерированные штормами потоки переносили суспензию на большие расстояния и в более глубоководные обстановки, ниже глубины взмучивания осадка волнами. При затихании штормов происходило осаждение осадка в виде покровов на значительной площади. На дне на глубине взмучивания осадка штормовыми волнами формировались бугры, а в области локализации штормовых потоков образовывались следы крупных размывов – промоины и эрозионные котлы.

Захоронение организмов происходило в результате частичного заполнения котлов слоем песка, принесенного во взвешенном состоянии потоком в период возрастания штормовой активности. Быстрое осаждение материала из взвеси без дальнейшего перемещения его по дну способствовало захоронению организмов in situ, часто в прижизненном положении. Об этом свидетельствуют, помимо данных седиментологии, следующие признаки: на одной поверхности напластования встречаются формы разных размеров, то есть не происходила сортировка остатков по размерам; все остатки залегают выпуклой поверхностью вниз, нет перевернутых остатков или следов их волочения по дну; длинные оси остатков ориентированы всегда в разные стороны. Остатки V. chistyakovi захоранивались группами, такие захоронения встречены в нескольких следующих друг за другом прослоях. Это позволяет предположить, что после затихания штормов новообразованный субстрат на дне котла заселялся новой популяцией V. chistyakovi. Все это дает основания считать, что популяции V. chistyakovi обитали на дне вдоль долговременных придонных токов, которые могли поставлять на глубины и в котлы кислород и питательные вещества. Именно событийное осадконакопление – быстрое осаждение алевро-песчаного материала из взвеси без дальнейшего перемещения его по дну – было главным условием образования отпечатков и слепков V. chistyakovi, при этом отпечатки и слепки отражают строение верхней поверхности тела.

КАК ВЫГЛЯДЕЛ VENTOGYRUS CHISTYAKOVI

Ventogyrus chistyakovi имел тело, слегка напоминающее лодку. Длина тела от кормовой до носовой части была почти в два раза больше его ширины. Носовая и кормовая части тела были несколько приподняты, тогда как средняя часть тела, примерно равная его ширине, была горизонтальной.

На верхней стороне тела располагалась система вертикальных гребней или перегородок, делившая ее на камеры. По середине проходила зигзаговидная перегородка, названная срединной. Один конец срединной перегородки соединялся с носовой частью тела, противоположный конец соединялся с кормовыми перегородками, отделявшими большую треугольную камеру, которая и формировала корму. Внутри кормовой камеры перегородки отсутствовали.

Срединная перегородка разделяла верхнюю поверхность тела на две половинки. От срединной перегородки и от кормовых перегородок почти перпендикулярно к ним, слегка отклоняясь в сторону носа, в обе стороны отходили перегородки разной длины. Среди них могут быть выделены разделительные перегородки, которые достигали боковых краев тела (бортов) и делили половинки на камеры, и дополнительные перегородки, не достигавшие бортов. Различаются дополнительные перегородки нескольких (до 5) порядков. Наиболее длинные дополнительные перегородки первого порядка имели длину не более 1/3 длины разделительных и располагались приблизительно посередине между ними. Дополнительные перегородки второго и следующих порядков, были еще короче и располагались также приблизительно посередине между разделительными и дополнительными перегородками первого и, соответственно, следующих порядков.