Окаменілості і форми збереження організмів

Будь-який залишок організму геологічного минулого прийнято називати окаменілістю або викопним рештком. Окаменілості (фосиліями) є як залишки самих тварин і рослин, так і сліди і продукти життєдіяльності організмів.

У викопному стані зустрічаються уламки в переважаючій більшості залишки тих організмів, які мають твердий скелет. Наявність твердих частин в організмі сприяє зберіганню його залишків. Однак сам скелет не забезпечує утворення окаменілостей. Численна кількість навіть крупних тварин з масивним скелетом щезла безслідно, не попавши посмертно у відпо­відне середовище. Важним фактором для зберігання залишків є характер середовища, в яке попав організм після загибелі. Найбільш сприятливі умови у водних басейнах, де після загибелі організми покриваються опадами, захищаючи їх від повного руйнування. Тому в породах морського походження ми часто зустрічаємо масу окаменілостей. В наземних умовах значно менше можливостей для зберігання залишків. Тут після загибелі більшість тварин і рослин повністю руйнуються. Умови захоронення древніх організмів вивчає палеонтологічна наука – тафономія. Процес перетворення тіл організмів в окаменілості носить назву фосилізації.

Дуже рідко організми зберігаються повністю (трупи мамонтів у вічній мерзлоті, комахи в бурштині, деякі тварини в гірському воску – озокериті). Залишаються тільки скелети або частини скелетів. Вони можуть зберігати свій первинний склад, але часто мінеральний склад міняється в результаті процесів окремніння, піритизації, фосфоритизації. Наприклад, окремі­нівають і піритизуються карбонатні раковини, стволи дерев,. Рослини і скелети тварин, що складаються з органічних речовин, часто обвуглюються. Скелетні залишки, що стали окаме­нілими, можуть розчинятися в породі частково або повністю. Часто від організму залишається тільки відпечаток (відпечаток раковини, відпечаток кори дерева або листка). Дуже розпов­сюдженою формою зберігання є ядро – природний зліпок з порожнини організму, частіше порожнини між створами раковини (внутрішнє ядро), або зліпок всього організму (зовнішнє ядро). Своєрідними формати зберігання є сліди життєдіяльності (наприклад, сліди повзання черв’яків, сліди свердління каменеточицями) та продукти життєдіяльності (екстреми).

Нерідко окаменілості мають хорошу збереженість, вони передають найдрібніші деталі будови (жилки в листках і крилах комах, кліточку будову деревини). В рідкісних випадках в процесі окаменілості можуть виникати умови, при яких мінералізуються і переходять у викоп­ний стан навіть м’які частини тварин (наприклад відомий випадок, коли зберігся тракт травлен­ня черевоногого молюска). Як правило м’які частини не зберігаються, тому ми нічого не знаємо про переважаючу більшість м’якотілих організмів, які заселяли Землю в різні періоди її історії. Однак в окремих випадках добре зберігаються відбитки, які добре передають особливо­сті будови м’якотілих організмів навіть з докембрія. Дуже мало нам відомо про організми, які населяли ділянки земної поверхні, несприятливі для збереження їх залишків. Неповні наші знання і про інші організми, про які ми судимо за їх скелетними залишками. Палеонтологічний літопис неповний, але то, що збереглось, дозволяє нам відтворити багато.

Окаменілості у відкладах зустрічаються нерівномірно. Нерідко залишки організмів повністю складають породу (черепашкові вапняки – нумулітові, коралові, водоростеві), що вид­но неозброєним оком. В інших випадках органогенний склад можна виявити тільки під мікрос­копом. Часто геологу приходиться мати справу з так званими “німими” породами без окаменілостей. Деколи щоб виявити органічні залишки використовують механічні (з допомо­­гою зубилець), хімічні (розчинники) засоби. Дрібні окаменілості вивчаються часто без їх витягу з порід, в при шліфовках.

Класифікація, систематика і номенклатура організмів. Класифікувати організми – це розподілити всю множину організмів на групи за озна­ками, спільними для кожної такої групи в певній системі. Головним об’єктом класифікації є вид. Цей термін використовується для означення групи подібних особин, що вільно схрещу­ються і дають потомство, проживають на певній площі у зв’язку з пристосуванням до певних умов життя і репродуктивно ізольованих від інших подібних груп. Описуванням всіх видів організмів, виясненням їх родинних зв’язків і шляхів їх утворенням, об’єднанням видів у взаємозв’язані групи більш високого рангу, складанням природної системи організмів займається наука систематика (таксономія) основи якої були закладені К.Лінеєм.

Світ вимерших і тепер живучих рослин і тварин виключно різноманітний. Самою елементарною і разом з тим певною систематичною категорією є вид. Сума близьких видів (деколи один вид) складають наступну систематичну групу – рід. Сукупність родів утворює родину, близькі родини об’єднуються в ряди, ряди – в класи, класи – в самі крупні одиниці – типи. Всі приведені підрозділи: вид, рід родина, ряд, клас, тип називають таксономічними одиницями., так як вони утворюють послідовний ряд (“таксис” – по-грецьки порядок – ряд). В склад ряду входять також проміжні підрозділи: підклас (підрозділ нижче класу), надряд (підрозділ вище ряду. Кожний систематичний підрозділ повинен об’єднувати родинні особи, в склад роду входять родинні види. Систематика, побудована на виявленні родинних відношень, - найбільш наукова, вона називається філогенетичною (від грецьких слів phylon – рід і genesis – походження). Однак родовід організмів встановлюється з великими труднощами, і тому палеонтологи нерідко систематизують організми за подібністю скелетів без достатніх даних про родинні зв’язки. Виділені таким чином “роди” і “родини” нерідко є штучними і включають неродинні організми. Звичайно, ступінь подібності в будові тіла, в тому числі і скелету, відповідає ступеню родинності організмів, але далеко не завжди, постільки в природі широко розповсюджено явище конвергенції, яке заключається в тому, що в умовах подібного існування виникають однотипні морфологічні признаки (рибоподібна форма дельфінів).

Штучна (нефілогенетична) систематика вимушено використовується при недостатній вивченості тих чи інших груп і особливо: 1) коли окаменілості дають занадто мало ознак – увесь скелет є тільки частина організму і при цьому часто незначна; 2) коли систематизація проводиться по признакам, роль яких для класифікації сумнівна (наприклад, систематика деяких водоростей будується за продуктами їх життєдіяльності – строматолітам); 3) коли систематизуються розрізнені частини одних і тих же організмів, встановити взаємозв’язок яких на певному етапі вивчення не представляється можливим (наприклад, окремо системати­зуються листя, окремо – інші частини рослини. Використання штучної систематики потрібно розглядати як тимчасове явище, як ступінь до вироблення природної системи.

Слід відмітити, що із-за специфіки палеонтологічного матеріалу, його неповноти дослідникам приходиться нерідко використовувати так звану відкриту номенклатуру, яка дає можливість в назві окаменілості віддзеркалювати ступінь точності визначення, що дається. Якщо удається визначити викопне з точністю до роду. Пишеться, наприклад Sachsibelus sp. дe пeршe слово означає назву роду, а sp. – скорочення слова species – вид; саму назву виду, таким чином, не дається. Якщо збереженість окаменілості недостатня для точного визначення виду. Але все таки умовно визначити вид можна, пишеться Sachsibelus cf. mirus, дe cf. – скорочення слова conformis – подібний. В цьому випадку, коли збереженість досить повна, але об’єкт визначення чим-то відрізняється від типового виду, між родовою і видовою назвою пишеться “aff.” - де “aff.”- скорочення слова affinis – родинний, близький.

Основні закономірності розвитку органічного світу. Система органного світу віддзеркалює складний шлях його еволюційного розвитку. Цю еволюцію можна представити у вигляді сильно розгалуженого родового дерева, окремими гілками якого (малими і великими) є ті систематичні групи, про які говорилось раніше. Кожна з них утворилась і існувала в певний час геологічної історії. Багато гілок уже відмерло – це щезнувши групи. З’єднання гілок показують взаємозв’язки між таксонами. А все родове дерево ілюструє філогенез, тобто історичний розвиток істот.

Органічний світ нашої планети виник більше 3.5 млрд. років назад. Спочатку протягом майже 3 млрд. років він був представлений тільки м’якотілими організмами без твердих еле­ментів скелету. За цей величезний проміжок часу світ пройшов через важливіші етапи розвитку – спочатку існували прокаріоти (організми без клітинного ядра), потім еукаріоти (організми з ядром в клітинах), зародились майже всі головні типи тварин і рослин. Біля міліарна років тому появились багатоклітинні тварини. Нам мало відомо про цей, докембрій­ський етап життя із-за малої можливості зберігання древніх жителів планети, особливо в умовах метаморфізації древніх порід. Тому докембрій часто називають криптозоєм – часом скритого життя. З докембрія відомі продукти життєдіяльності водорослів (строматоліти, мікрофітоліти) і невелика кількість відбитків багатоклітинних. Які дають уяву про диферен­ціацію і рівень розвитку і той час. З початком палеозою (570 млн. років назад) появилась велика кількість організмів з твердим скелетом і за залишками розвиток життя виявився у великій різноманіт­­­­ності. Цей відрізок часу тому і називають фанерозоєм – часом явного життя. Процес еволюції показує, що безперервно збільшується в часі різноманітність як тварин так і рослин, ускладнюється і вдосконалюється організація. Закономірності еволюції орга­нічно­го світу дуже складні. Основні положення еволюційного вчення були розроблені Ч. Дарвіном і Ж.Б. Ламарком.

Всі еволюційні переміни в організмах проходять у зв’язку з взаємодією організму з середовищем. При цьому слід враховувати взаємні взаємозв’язки між організмами. При цьому одні організми можуть безпосередньо знищувати інших або знаходитись в конкурентних відно­шеннях. Конкуренція проходить на різних рівнях, в тому числі і в середині виду. Постіль­ки в природі все взаємозв’язано, перевага на користь будь-якої групи може порушити баланс в знач­ному масштабі. Це можна проістролювати показовим прикладом, що одержав недавно широку відомість. В Тихому океані за невиявленими поки що причинами в останні роки став швидко розмножуватися один вид морської зірки. Цей представник голкошкірих, поїдаючи коралові поліпи, став приносити велику шкоду Великому Австралійському Бар’єрному рифу, загрожу­ючи навіть самому його існуванню. Ланцюг коралових побудов, який простягається майже на 2000 км вздовж північно-східного берегу Австралії, служить місцем проживання дивовижного за різноманітністю і красотою спільноти тварин, пристосованих до специфічних існуючих тут умов. Якщо експансія і збільшення численності морської зірки не зупиниться, може щезнути увесь той багатий світ істот, окремі частини (види) якого тісно зв’язані між собою.

Не менший вплив на органічний світ мають зміни в неорганічному зовнішньому середовищі – клімату, хімічного складу атмосфери і морських вод (що проходять в результаті вулканічної діяльності і других факторів), тектонічних рухів земної кори (перетворюючи палеогеографію), зміни в діяльності Сонця, космічні випромінювання.

Важливою особливістю еволюції є нерівномірність. На палеонтологічному матеріалі можна бачити, що види можуть виникати і шляхом повільних рівномірних поступових перетворень, і шляхом дрібних стрибкоподібних змін – мутацій. На певних етапах розвитку крупних груп виробляються властивості, що мають не звичайне пристосовче зна­чення, а принципово важливе, що виводить групу на більш високий еволюційний рівень і які дають її величезні переваги. Цей процес називають ароморфозом. Група, що одержала такі нові властивості, починає пишно розвиватися, бурно дивергенцювати, адаптуватися до дуже різноманітних умов проживання.

На певних рубежах геологічної історії корінним перемінам підвергались цілі крупні гру­­пи як наземних, так і морських тварин і рослин, завдяки чому в розвитку органічного світу, то більш, то менш чітко виявляється етапність розвитку. Розвиток одних прогресивних груп зви­ча­й­но супроводжувався згасанням інших, що обумовлено в одних випадках витісненням більш життєздатними менш пристосованих, в інших випадках – слабкою еволюційною здат­ністю і нез­датністю перебудуватися до існування в нових умовах, що змінилися в результаті зміни неорганічного середовища (наприклад, у зв’язку з похолоданням). Поява нових груп і вими­­рання старих часто проходить по-різному – то повільно, то досить швидко. Релікти – пережив­­ши залишкові види і роди в минулому широко розповсюджених окремих груп – зберігаються деколи дуже довго і в сучасному органічному світі зустрічаються так звані “живі викопні”

Безперервна еволюція і виникнення все нових і нових видів і більш крупних груп за принципом дивергенції, або адаптивної радіації, протягом геологічної історії призвело до виникнення величезної різноманітності тварин і рослин. Процес історичного розвитку організмів, інакше філогенез, дуже складний. Але пізнання філогенеза різних груп – одна з головніших задач палеонтології, так як вона дає можливість зрозуміти закони еволюції і закономірне місцезнаходження кожної форми в ланцюгу видів, які змінюються в часі, а тим самим найбільш точно встановити їх значення для визначення віку гірських порід. Складність історичного розвитку організмів, зокрема, виражається в тому, що розвиток не завжди носить характер дивергенції. Нерідко спостерігається зворотне явище – сходження ознак, інакше – конвергенція. Це явище заключається в тому, що різних груп в результаті існування в близьких умовах і подібного способу життя виникають однотипні морфологічні признаки. Тому навіть дуже далекі в родинному відношенні організми стають зовнішньо дуже близькими. Конвергенцією називають появу загальних рис у далеких в родинному відношенні істот. Наприклад, дельфіни (ссавці) мають форму риби. Однак сходження ознак спосте­рігається у представників, які знаходяться на різному ступеню споріднення, а у близьких роди­­чів воно проявляється у вигляді виникнення дуже подібних, так званих гомеоморфних видів. Гомеоморфія – окремий випадок конвергенції. Однак як би далеко не заходила гомеоморфія, вона не призводить до повторного виникнення одного і того же виду. Еволюція не зворотна, і ні один вид не виникає двічі ні в часі ні в просторі. Нерідко спостерігається подібні зміни, що проходять паралельно в двох або кількох філогенетичних гілках, які розійшлися раніше. Це явище одержало назву паралелізму. Воно також приводить до створен­ня подібних за морфологією видів та інших груп. Деякі групи, які за морфологією здавалося би, об’єднують генетично тісно зв’язані систематичні елементи, на самому ділі виявляються різно­рідними, мають різних предків, тобто є поліфілетичними. Між іншим, згідно філогенетичної система­тики дарвінівської теорії, кожний правильно виділений таксон повинен мати один корінь, одного предка. Кожний вид веде початок від однієї популяції. Кожний рід має в якості свого предка один вид і т.д. Кожний таксон – єдина гілка, що складається з низки дрібних гілочок, які відгалужуються послідовно, і так же, як гілка дерева, з єдиною основою, єдиним своїм походженням, тобто монофілетична. Деякі поліфілетичні групи об’єднують настільки морфо­логічно єдині організми, що навіть після встановлення їх дійсної генеалогії може здаватися недоцільним їх розподіл по різним таксонам.

Виявлення філогенетичних зв’язків завжди пов’язане з великими труднощами і вимагає кропіткої і тривалої роботи: детального виявлення зміни форм по шарам і географічно, встановлення мінливості видів і скритих відмінностей між ними, визначення напрямків, в яких йде еволюція в окремих гілках, виявлення гомологічних (тих, що мають одно походження структур і органів) і уміння відрізняти їх від аналогічних (подібних за будовою, але різних за походженням структур) ознак у різних груп.