Историю развития нашей планеты изучают практически все науки, и у каждой есть свой метод. Палеонтологический, например, относится к науке, которая изучает давно прошедшие геологические эпохи, их органический мир и закономерности, которые случаются при его развитии. Всё это тесно связано с изучением сохранившихся следов древних животных, растений, их жизнедеятельности в ископаемых окаменелостях. Впрочем, у каждой науки есть далеко не один метод изучения Земли, они чаще всего существуют как комплекс методов, и наука палеонтология здесь не исключение.
Наука
Чтобы лучше ориентироваться в терминологии, перед знакомством с палеонтологическим методом нужно обязательно перевести с греческого языка сложное название этой науки. Оно состоит из трёх слов: palaios, ontos и logos - "древний", "существующий" и "учение". В итоге получается, что наука палеонтология восстанавливает, выясняет, изучает те условия, в которых жили давно вымершие растения и животные, исследует, как развивались между организмами экологические отношения, а также и отношения между существовавшими организмами и абиотической средой (последнее называется экогенезом). Палеонтологический метод исследования путей развития планеты касается двух разделов этой науки: палеоботаники и палеозоологии.
Последняя изучает геологическое прошлое Земли через существовавший в тех эпохах животный мир и делится, в свою очередь, на палеозоологию позвоночных и палеозоологию беспозвоночных. Теперь сюда же добавились и новые современные разделы: палеобиогеография, тафономия и палеоэкология. Палеонтологический метод изучения Земли применяется во всех. Палеоэкология - раздел, который изучает среду обитания и условия в ней со всеми взаимоотношениями организмов далёкого геологического прошлого, их изменения с течением исторического развития под давлением обстоятельств. Тафономия исследует ископаемое состояние организмов в закономерностях их захоронения после отмирания, а также условия их сохранности. Палеобиография (или палеобиогеография) показывает распределение тех или иных организмов в истории их геологического прошлого. Таким образом, получается, что палеонтологический метод - это изучение процесса перехода останков растений и животных в ископаемое состояние.
Этапы
Сохранение ископаемых организмов в осадочных породах в этом процессе содержит три этапа. Первый - когда органические остатки накапливаются в результате отмирания организмов, их разложения и разрушения скелета и мягких тканей от действия кислорода и бактерий. Места сноса накапливают такой материал в виде сообществ погибших организмов, и называются они танатоценозами. Второй этап сохранения ископаемых организмов - захоронение. Практически всегда создаются условия, при которых танатоценоз накрывается осадком, ограничивающим доступ кислорода, но процесс разрушения организмов продолжается, поскольку всё ещё действуют анаэробные бактерии.
Всё зависит от скорости захоронения останков, иногда осадконакопление движется быстро, и захоронения изменяются мало. Такие захоронения называются тафоценозом, и палеонтологический метод это исследует с гораздо большим эффектом. Третий этап сохранения ископаемых организмов - фоссилизация, то есть процесс превращения рыхлых осадков в твёрдые горные породы, при котором органические остатки одновременно превращаются в окаменелости. Такое бывает при действии разнообразных химических факторов, что изучает палеонтологический метод в геологии: процессы окаменения, перекристаллизации и минерализации. А комплекс ископаемых организмов здесь называется ориктоценозом.
Определение возраста горных пород
Палеонтологический метод позволяет определять возраст пород с помощью исследования окаменелостей останков морских животных, которые сохранились в процессе окаменения и минерализации. Конечно, без классификации видов древних организмов не обойтись. Она существует, и с её помощью изучаются найденные в толще породы доисторические организмы. Изучение происходит по следующим принципам: прослеживаются эволюционность развития мира органики, поэтапность смены во времени неповторяющихся комплексов погибших организмов и необратимость эволюции всего органического мира. Всё, что можно изучать с помощью палеонтологических методов, касается только давно минувших геологических эпох.
При определении закономерностей необходимо руководствоваться важнейшими положениями, которые предусматривает использование таких методов. Во-первых, в осадочных образованиях в каждом комплексе имеются присущие только ему ископаемые организмы, это самая характерная особенность. Методы палеонтологических исследований позволяют определять толщи горных пород одинакового возраста, поскольку в них содержатся близкие или одинаковые ископаемые организмы. Это вторая характерная особенность. А третья состоит в том, что разрез по вертикали осадочных пород абсолютно на всех материках одинаков! В нём всегда соблюдается одна и та же последовательность в смене ископаемых организмов.
Руководящие ископаемые
К методам палеонтологических исследований относится метод руководящих ископаемых, который используется также для определения геологического возраста горных пород. Требования к руководящим ископаемым предъявляются следующие: быстрая эволюция (до тридцати миллионов лет), вертикальное распространение небольшое, а горизонтальное - широкое, частая встречаемость и хорошая сохранность. Например, это могут быть пластинчато-жаберные, белемниты, аммониты, брахионоды, кораллы, археоциаты и тому подобные. Однако подавляющее большинство ископаемых строго не приурочены к определённому горизонту, а потому не во всех разрезах их можно найти. К тому же данный комплекс окаменелостей может встретиться и в любых других интервалах одного и того же разреза. И поэтому в таких случаях используется ещё более интересный палеонтологический метод изучения эволюции. Это метод руководящих комплексов форм.
Формы бывают совершенно разными по значению, а потому для них тоже существует подразделение. Это контролирующие (или характерные) формы, которые либо существовали до изучаемого в данный момент времени и исчезают именно в нём, либо существуют только в его пределах, либо расцвет популяции пришёлся на данное время, а исчезновение случилось сразу после него. Ещё различают формы колониальные, которые появляются в конце изучаемого времени, и по их появлению можно установить стратиграфическую границу. Третьи формы - реликтовые, то есть доживающие, они характерны для периода предыдущего, затем, когда наступает изучаемое время, появляются всё реже и быстро исчезают. А рекуррентные формы - самые жизнеспособные, поскольку развитие их в неблагоприятные моменты затухает, а при смене обстоятельств снова наступает расцвет их популяций.
Палеонтологический метод в биологии
В эволюционной биологии используются довольно широко разнообразные методы из смежных наук. Богатейший опыт накоплен в палеонтологии, морфологии, генетике, биогеографии, систематике и других дисциплинах. Он и стал той самой базой, при помощи которой появилась возможность превращения метафизических идей о развитии организмов в самый что ни на есть научный факт. Особенно пригодились методы общей биологии. Палеонтологический, например, входит во все исследования по эволюции и применим для изучения практически всех эволюционных процессов. Наибольшая информация содержится при применении этих методов о состоянии биосферы, можно проследить все этапы развития мира органики вплоть до нашего времени по последовательностям смены фаун и флор. Важнейшими фактами также являются выявленные ископаемые промежуточные формы, восстановление рядов филогенетики, обнаружение последовательностей в появлении ископаемых форм.
Палеонтологический метод изучения биологии не один. Их два, и оба касаются эволюции. Филогенетический метод основан на принципе установления родства между организмами (так, филогенез - это историческое развитие данной формы, которое отслеживается по предкам). Второй метод - биогенетический, где изучается онтогенез, то есть индивидуальное развитие данного организма. Этот метод ещё может называться сравнительно-эмбриологическим или сравнительно-анатомическим, когда прослеживаются все стадии развития изучаемой особи от появления зародыша и вплоть до взрослого состояния. Установить появление относительных признаков и отследить их развитие, применить полученную информацию для биостратиграфии - вид, род, семейство, отряд, класс, тип, царство - помогает именно палеонтологический метод в биологии. Определение звучит так: метод, выясняющий родство древних организмов, обнаруженных в земной коре разных геологических слоёв, - палеонтологический.
Результаты исследований
Долгое изучение останков давно вымерших организмов показывает, что самые низкоорганизованные, то есть примитивные формы растений и животных находятся в наиболее отдалённых слоях пород, наиболее древних. А высокоорганизованные, наоборот, ближе, в более молодых отложениях. И далеко не все окаменелости одинаково значимы для установления их возраста, поскольку органический мир изменялся очень неравномерно. Какие-то виды животных и растений существовали очень долго, а другие вымирали почти сразу. Если остатки организмов встречены во многих слоях и далеко распространяются по вертикали в разрезе, например от кембрия и до сих пор, значит, эти организмы нужно называть долговечными.
С участием долговечных окаменелостей даже палеонтологический метод в биологии не поможет установить точный возраст их существования. Они руководящие, как уже было объяснено выше, а потому встречаются в самых разных и часто весьма удалённых друг от друга местах, то есть географическое распространение у них очень широкое. К тому же встречаются они не редкой находкой, их всегда очень большое количество. Но именно окаменелости, распределённые в разных толщах породы, облегчили установление последовательности смен руководящих форм с помощью методов общей биологии. Палеонтологический метод незаменим в изучении древних организмов, спрятанных временем под толщи осадочных пород.
Немного истории
Сопоставление различных слоёв горных пород и изучение содержащихся в них окаменелостей для того, чтобы определить их относительный возраст, - это и есть палеонтологический метод, предложенный в восемнадцатом веке учёным из Англии В. Смитом. Он написал первые научные работы в этой области науки о том, что слои по ископаемым тождественны. Они пластами последовательно осаждались на дне океана, и каждый пласт содержал в себе остатки погибших организмов, которые существовали как раз во время образования данного пласта. Поэтому каждый пласт содержит только свои собственные окаменелости, по которым и появилась возможность определить время образования пород в различных местностях.
Палеонтологическим методом сравниваются этапы состояния жизни в её развитии, причём длительность событий устанавливается весьма относительно, а вот их последовательность, а также последовательность геологической истории на всех её этапах прослеживается достоверно. Поэтому познание истории развития определённого участка коры Земли происходит посредством установления и реставрации последовательности смены геологических событий, прослеживается весь путь от пород наиболее древних до самых молодых. Так выясняются причины изменений, которые обусловили современный облик жизни на планете.
В геологии
Палеонтологические методы в геологии впервые были предложены гораздо раньше. Этим занимался ещё датчанин Н. Стено в середине семнадцатого века. Причём ему удалось совершенно правильно представить процесс образования осадков вещества в воде, а потому он сделал два основных вывода. Во-первых, каждый слой обязательно ограничен параллельными поверхностями, которые изначально были расположены горизонтально, а во-вторых, каждый слой горизонтальную протяжённость должен иметь весьма значительную, а потому и площадь занимать очень большую. Значит, если мы наблюдаем залегание слоёв наклонное, то можем быть уверены, что возникновение этого залегания стало результатом неких последующих процессов. Геологические изыскания учёный проводил в Тоскане (Италия) и абсолютно правильно определил относительный возраст залеганий по взаимоположению пород.
Английский инженер В. Смит веком позже наблюдал, как рыли канал, и не мог не обратить внимание на смежные слои породы. Все они содержали похожие ископаемые остатки органики. А вот далеко находящиеся друг от друга слои он охарактеризовал как резко отличающиеся по своему составу. Работы Смита заинтересовали французских геологов Броньяра и Кювье, они использовали предложенный палеонтологический метод и в 1807 году выполнили минералогическое описание с географической картой всего Парижского бассейна. На карте было обозначение распространения толщ с указанием возраста. Значение всех этих исследований переоценить сложно, они бесценны, поскольку исключительно резко на этой основе начали развиваться как науки и геология, и биология.
Теория Дарвина
Основоположники палеонтологического метода определения возраста пород путём их расчленения дали основу для появления подлинно научного обоснования, поскольку с опорой на открытия Броньяра, Кювье, Смита и Стено появилось революционно новое и подлинно научное обоснование данного метода. Появилась теория о происхождении видов, которая доказывала, что органический мир - это не отдельные разрозненные очаги жизни, которые возникали и угасали в какие-то геологические периоды. Жизнь на Земле выстроилась по этой теории с необычайной убедительностью. Она ни в одном из своих проявлений не была случайной. Словно великое (и кстати, воспетое во многих мифах древних народов) древо жизни покрывает отжившими (мёртвыми) ветками землю, а в вышине цветёт и вечно разрастается - вот так была показана у Дарвина эволюция.
Благодаря этой теории ископаемые останки органики приобрели особый интерес как предки и родственники всех современных организмов. Это уже были не "фигурные камни" или "курьёзы природы" с необычными формами. Они стали самыми важными документами истории, показывающими, как именно развивалась органическая жизнь на Земле. И палеонтологический метод стал применяться так широко, насколько это возможно. Весь шар земной изучается: сопоставляются породы разных континентов в разрезах, максимально удалённых друг от друга. И все эти исследования только подтверждают теорию Дарвина.
Формы жизни
Доказано, что весь органический мир, который появился на первых, самых ранних исторических этапах развития Земли, изменялся непрерывно. На него влияли внешние условия и ситуации, а потому слабые виды вымирали, а сильные - приспосабливались и совершенствовались. Развитие шло от самых простых, так называемых низкоорганизованных организмов к высокоорганизованным, более совершенным. Эволюционный процесс необратим, и поэтому все приспособившиеся организмы уже никогда не смогут вернуться к своему первому состоянию, появившиеся новые признаки уже никуда не исчезнут. Именно поэтому мы никогда не увидим существование исчезнувших с лица земли организмов. И только палеонтологическим методом можем исследовать их останки в толщах горных пород.
Однако ещё далеко не все вопросы с определением возраста пластов решены. Одинаковые окаменелости, заключённые в разных слоях горных пород, далеко не всегда могут гарантировать одинаковый возраст этих наслоений. Дело в том, что многие растения и животные обладали такой прекрасной способностью к приспособлению под условия окружающей среды, что многие миллионы лет своей геологической истории прожили без каких-либо существенных изменений, а потому их останки могут быть встречены почти в любых возрастных отложениях. Зато другие организмы эволюционировали с огромной скоростью, и именно они могут подсказывать учёным возраст породы, в которой их нашли.
Процесс смены во времени видов фауны мгновенно происходить не может. И появляются новые виды не одновременно в разных местах, расселяются с разной скоростью, да и вымирают тоже не в одно и то же время. Реликтовые виды можно найти и сегодня в фауне Австралии. Кенгуру и многие другие сумчатые, например, на остальных континентах давным-давно вымерли. Но палеонтологический метод исследования горных пород всё-таки помогает учёным приблизиться к истине.
