Палеонтологічний метод вивчення: особливості
Історію розвитку нашої планети вивчаютьпрактично всі науки, і у кожної є свій метод. Палеонтологічний, наприклад, відноситься до науки, яка вивчає давно минулі геологічні епохи, їх органічний світ і закономірності, які трапляються при його розвитку. Все це тісно пов'язано з вивченням збережених слідів древніх тварин, рослин, їх життєдіяльності в копалин скам'янілостях. Втім, у кожної науки є далеко не один метод вивчення Землі, вони найчастіше існують як комплекс методів, і наука палеонтологія тут не виняток.
наука
Щоб краще орієнтуватися в термінології, перед знайомством з палеонтологічними методом потрібно обов'язково перевести з грецької мови складну назву цієї науки. Воно складається з трьох слів: palaios, ontos і logos - "древній", "існуючий" і "вчення". У підсумку виходить, що наука палеонтологія відновлює, з'ясовує, вивчає ті умови, в яких жили давно вимерлі рослини і тварини, досліджує, як розвивалися між організмами екологічні відносини, а також і відносини між існуючими організмами і абіотичного середовищем (останнє називається екогенеза). Палеонтологічний метод дослідження шляхів розвитку планети стосується двох розділів цієї науки: палеоботаніки і палеозоології.
Остання вивчає геологічне минуле Землічерез існуючий в тих епохах тваринний світ і ділиться, в свою чергу, на палеозоологію хребетних і палеозоологію безхребетних. Тепер сюди ж додалися і нові сучасні розділи: палеобіогеографія, тафономія і палеоекологія. Палеонтологічний метод вивчення Землі застосовується у всіх. Палеоекологія - розділ, який вивчає середовище проживання і умови в ній з усіма взаємовідносинами організмів далекого геологічного минулого, їх зміни з плином історичного розвитку під тиском обставин. Тафономія досліджує викопне стан організмів в закономірностях їх поховання після відмирання, а також умови їх збереження. Палеобіографія (або палеобіогеографія) показує розподіл тих чи інших організмів в історії їх геологічного минулого. Таким чином, виходить, що палеонтологічний метод - це вивчення процесу переходу останків рослин і тварин в викопне стан.
етапи
Збереження копалин організмів в осадовихпородах в цьому процесі містить три етапи. Перший - коли органічні залишки накопичуються в результаті відмирання організмів, їх розкладання і руйнування скелета і м'яких тканин від дії кисню і бактерій. Місця знесення накопичують такий матеріал у вигляді спільнот загиблих організмів, і називаються вони танатоценози. Другий етап збереження викопних організмів - поховання. Практично завжди створюються умови, при яких танатоценози накривається осадом, який обмежує доступ кисню, але процес руйнування організмів триває, оскільки все ще діють анаеробні бактерії.
Все залежить від швидкості поховання останків,іноді осадконакопление рухається швидко, і поховання змінюються мало. Такі поховання називаються тафоценозом, і палеонтологічний метод це досліджує з набагато більшим ефектом. Третій етап збереження викопних організмів - фоссилизации, тобто процес перетворення пухких опадів у тверді гірські породи, при якому органічні залишки одночасно перетворюються в скам'янілості. Таке буває при дії різноманітних хімічних факторів, що вивчає палеонтологічний метод в геології: процеси скам'яніння, перекристалізації і мінералізації. А комплекс викопних організмів тут називається оріктоценозов.
Визначення віку гірських порід
Палеонтологічний метод дозволяє визначативік порід за допомогою дослідження скам'янілостей останків морських тварин, які збереглися в процесі скам'яніння і мінералізації. Звичайно, без класифікації видів стародавніх організмів не обійтися. Вона існує, і з її допомогою вивчаються знайдені в товщі породи доісторичні організми. Вивчення відбувається за такими принципами: простежуються еволюційність розвитку світу органіки, поетапність зміни в часі неповторяющихся комплексів загиблих організмів і незворотність еволюції всього органічного світу. Все, що можна вивчати за допомогою палеонтологічних методів, стосується тільки давно минулих геологічних епох.
При визначенні закономірностей необхіднокеруватися найважливішими положеннями, які передбачає використання таких методів. По-перше, в осадових утвореннях в кожному комплексі є властиві тільки йому копалини організми, це найхарактерніша особливість. Методи палеонтологічних досліджень дозволяють визначати товщі гірських порід однакового віку, оскільки в них містяться близькі або однакові копалини організми. Це друга характерна особливість. А третя полягає в тому, що розріз по вертикалі осадових порід абсолютно на всіх материках однаковий! У ньому завжди дотримується одна і та ж послідовність у зміні копалин організмів.
керівні копалини
До методів палеонтологічних дослідженьвідноситься метод керівних копалин, який використовується також для визначення геологічного віку гірських порід. Вимоги до керівних копалин ставляться такі: швидка еволюція (до тридцяти мільйонів років), вертикальне поширення невелике, а горизонтальне - широке, часта зустрічальність і добре зберігання. Наприклад, це можуть бути пластинчато-зяброві, белемніти, амоніти, брахіоноди, корали, археоціати і тому подібні. Однак переважна більшість копалин строго не приурочені до певного горизонту, а тому не у всіх розрізах їх можна знайти. До того ж даний комплекс скам'янілостей може зустрітися і в будь-яких інших інтервалах одного і того ж розрізу. І тому в таких випадках використовується ще більш цікавий палеонтологічний метод вивчення еволюції. Це метод керівних комплексів форм.
Форми бувають абсолютно різними за значенням, атому для них теж існує підрозділ. Це контролюючі (або характерні) форми, які або існували до досліджуваного в даний момент часу і зникають саме в ньому, або існують тільки в його межах, або розквіт популяції припав на даний час, а зникнення сталося відразу після нього. Ще розрізняють форми колоніальні, які з'являються в кінці досліджуваного часу, і по їх появі можна встановити стратиграфическую кордон. Треті форми - реліктові, тобто котрі доживають, вони характерні для періоду попереднього, потім, коли настає досліджуване час, з'являються все рідше і швидко зникають. А рекурентні форми - самі життєздатні, оскільки розвиток їх в несприятливі моменти загасає, а при зміні обставин знову настає розквіт їх популяцій.
Палеонтологічний метод в біології
У еволюційної біології використовуються доситьшироко різноманітні методи з суміжних наук. Найбагатший досвід накопичений в палеонтології, морфології, генетики, біогеографії, систематики та інших дисциплінах. Він і став тією самою базою, за допомогою якої з'явилася можливість перетворення метафізичних ідей про розвиток організмів в самий що ні на є науковий факт. Особливо в нагоді методи загальної біології. Палеонтологічний, наприклад, входить в усі дослідження по еволюції і застосуємо для вивчення практично всіх еволюційних процесів. Найбільша інформація міститься при застосуванні цих методів про стан біосфери, можна простежити всі етапи розвитку світу органіки аж до нашого часу за послідовностей зміни фаун і флор. Найважливішими фактами також є виявлення копалини проміжні форми, відновлення рядів філогенетики, виявлення послідовностей в появі копалин форм.
Палеонтологічний метод вивчення біології НЕодин. Їх два, і обидва стосуються еволюції. Філогенетичний метод заснований на принципі встановлення спорідненості між організмами (так, філогенез - це історичний розвиток даної форми, яке відстежується по предкам). Другий метод - біогенетичний, де вивчається онтогенез, тобто індивідуальний розвиток даного організму. Цей метод ще може називатися порівняльно-ембріологічним або порівняльно-анатомічним, коли простежуються всі стадії розвитку досліджуваної особини від появи зародка і аж до дорослого стану. Встановити поява відносних ознак і відстежити їх розвиток, застосувати отриману інформацію для биостратиграфии - вид, рід, сімейство, загін, клас, тип, царство - допомагає саме палеонтологічний метод в біології. Визначення звучить так: метод, що з'ясовує спорідненість стародавніх організмів, виявлених в земній корі різних геологічних шарів, - палеонтологічний.
Результати досліджень
Довгий вивчення останків давно вимерлихорганізмів показує, що самі низькоорганізовані, тобто примітивні форми рослин і тварин знаходяться в найбільш віддалених шарах порід, найбільш древніх. А високоорганізовані, навпаки, ближче, в більш молодих відкладеннях. І далеко не всі скам'янілості однаково значущі для встановлення їх віку, оскільки органічний світ змінювався дуже нерівномірно. Якісь види тварин і рослин існували дуже довго, а інші вимирали майже відразу. Якщо залишки організмів зустрінуті в багатьох шарах і далеко поширюються по вертикалі в розрізі, наприклад від кембрію і до сих пір, значить, ці організми потрібно називати довговічними.
За участю довговічних скам'янілостей навітьпалеонтологічний метод в біології не допоможе встановити точний вік їх існування. Вони керівні, як вже було пояснено вище, а тому зустрічаються в самих різних і часто дуже віддалених один від одного місцях, тобто географічне поширення у них дуже широке. До того ж зустрічаються вони не рідкісною знахідкою, їх завжди дуже велика кількість. Але саме скам'янілості, розподілені в різних товщах породи, полегшили встановлення послідовності змін керівних форм за допомогою методів загальної біології. Палеонтологічний метод незамінний у вивченні древніх організмів, захованих часом під товщі осадових порід.
Трохи історії
Зіставлення різних шарів гірських порід івивчення містяться в них скам'янілостей для того, щоб визначити їх відносний вік, - це і є палеонтологічний метод, запропонований у вісімнадцятому столітті ученим із Англії В. Смітом. Він написав перші наукові роботи в цій галузі науки про те, що шари по викопних тотожні. Вони пластами послідовно осідали на дні океану, і кожен пласт містив в собі залишки загиблих організмів, які існували як раз під час утворення даного пласта. Тому кожен пласт містить тільки свої власні скам'янілості, за якими і з'явилася можливість визначити час утворення порід в різних місцевостях.
Палеонтологічними методом порівнюються етапистану життя в її розвитку, причому тривалість подій встановлюється досить відносно, а ось їх послідовність, а також послідовність геологічної історії на всіх її етапах простежується достовірно. Тому пізнання історії розвитку певної ділянки кори Землі відбувається за допомогою встановлення та реставрації послідовності зміни геологічних подій, простежується весь шлях від порід найбільш древніх до наймолодших. Так з'ясовуються причини змін, які зумовили сучасний вигляд життя на планеті.
В геології
Палеонтологічні методи в геології вперше булизапропоновані набагато раніше. Цим займався ще датчанин Н. Стено в середині сімнадцятого століття. Причому йому вдалося абсолютно правильно уявити процес утворення опадів речовини в воді, а тому він зробив два основні висновки. По-перше, кожен шар обов'язково обмежений паралельними поверхнями, які спочатку були розташовані горизонтально, а по-друге, кожен шар горизонтальну протяжність повинен мати досить значну, а тому і площа займати дуже велику. Значить, якщо ми спостерігаємо залягання шарів похиле, то можемо бути впевнені, що виникнення цього залягання стало результатом деяких наступних процесів. Геологічні вишукування вчений проводив в Тоскані (Італія) і абсолютно правильно визначив відносний вік залягання по взаимоположение порід.
Англійський інженер В. Сміт століттям пізніше спостерігав, як рили канал, і не міг не звернути увагу на суміжні шари породи. Всі вони містили схожі викопні рештки органіки. А ось далеко знаходяться один від одного шари він охарактеризував як різко відрізняються за своїм складом. Роботи Сміта зацікавили французьких геологів Броньяра і Кюв'є, вони використовували запропонований палеонтологічний метод і в 1807 році виконали мінералогічний опис з географічною картою всього Паризького басейну. На карті було позначення поширення товщ із зазначенням віку. Значення всіх цих досліджень переоцінити складно, вони безцінні, оскільки виключно різко на цій основі почали розвиватися як науки і геологія, і біологія.
теорія Дарвіна
Основоположники палеонтологічного методувизначення віку порід шляхом їх розчленування дали основу для появи справді наукового обґрунтування, оскільки з опорою на відкриття Броньяра, Кюв'є, Сміта і Стено з'явилося революційно нове і справді наукове обгрунтування даного методу. З'явилася теорія про походження видів, яка доводила, що органічний світ - це не окремі розрізнені вогнища життя, які виникали і згасали в якісь геологічні періоди. Життя на Землі вишикувалася за цією теорією з надзвичайною переконливістю. Вона ні в одному зі своїх проявів не була випадковою. Немов велике (і до речі, оспіване в багатьох міфах древніх народів) древо життя покриває віджилими (мертвими) гілками землю, а в височині цвіте і вічно розростається - ось так була показана у Дарвіна еволюція.
Завдяки цій теорії викопні останки органікипридбали особливий інтерес як предки і родичі всіх сучасних організмів. Це вже були не «фігурні камені" або "курйози природи" з незвичайними формами. Вони стали найважливішими документами історії, які показують, як саме розвивалася органічна життя на Землі. І палеонтологічний метод став застосовуватися так широко, наскільки це можливо. Весь земну кулю вивчається: зіставляються породи різних континентів в розрізах, максимально віддалених один від одного. І всі ці дослідження лише підтверджують теорію Дарвіна.
форми життя
Доведено, що весь органічний світ, якийз'явився на перше, самих ранніх історичних етапах розвитку Землі, змінювався безперервно. На нього впливали зовнішні умови і ситуації, а тому слабкі види вимирали, а сильні - пристосовувалися і удосконалювалися. Розвиток відбувався від найпростіших, так званих нізкоорганізованних організмів до високоорганізованих, більш досконалим. Еволюційний процес незворотній, і тому все пристосувалися організми вже ніколи не зможуть повернутися до свого першого стану, що з'явилися нові ознаки вже нікуди не зникнуть. Саме тому ми ніколи не побачимо існування які зникли з лиця землі організмів. І тільки палеонтологічними методом можемо досліджувати їх останки в товщах гірських порід.
Однак ще далеко не всі питання з визначеннямвіку пластів вирішені. Однакові скам'янілості, ув'язнені в різних шарах гірських порід, далеко не завжди можуть гарантувати однаковий вік цих нашарувань. Справа в тому, що багато рослин і тварини мали такої прекрасної здатністю до пристосування під умови навколишнього середовища, що не один мільйон років своєї геологічної історії прожили без будь-яких істотних змін, а тому їх останки можуть бути зустрінуті майже в будь-яких вікових відкладеннях. Зате інші організми еволюціонували з величезною швидкістю, і саме вони можуть підказувати вченим вік породи, в якій їх знайшли.
Процес зміни в часі видів фауни миттєвовідбуватися не може. І з'являються нові види не одночасно в різних місцях, розселяються з різною швидкістю, та й вимирають теж не в один і той же час. Реліктові види можна знайти і сьогодні в фауні Австралії. Кенгуру та багато інших сумчасті, наприклад, на інших континентах давним-давно вимерли. Але палеонтологічний метод дослідження гірських порід все-таки допомагає вченим наблизитися до істини.
