Породообразующая роль организмов

Породообразующими называются ископаемые, которые составляют 30-40% и более от общего объёма отложений. В образовании органогенной породы принимают участие, как скелетные остатки, так и продукты жизнедеятельности. Непременным условием породообразования является «скученный» характер обитания организмов. Таким свойством обладают, в основном, прикреплённые, малоподвижные и зарывающиеся формы, образующие заросли, банки, рифы и другие массовые поселения. Уже при жизни подобные организмы составляют основную часть биоценоза. Среди минеральных скелетов ископаемых наиболее распространены известковые, кремневые и фосфатные породы. Особенно много органогенных пород известкового (карбонатного) состава: известняки, мергели, писчий мел, доломиты. Для названия органогенных пород прилагательное берут от тех групп организмов, которые являются основными породообразователем, например известняки – криноидные, фораминиферовые, археоциатовые, брахиоподовые, остракодовые и т. д. Известковые породы, состоящие из скоплений раковинок двустворок, называют ракушечниками, устричными горизонтами. Органогенные известняки могут возникать и как конечные продукты жизнедеятельности цианобионтов (сине-зеленых водорослей) и бактерий. От них остаются слоистые пластовые, желваковые, концентрические образования – строматолиты, онколиты, катаграфии. Растения имеющие карбонатные скелеты дают начало известнякам водорослевым, харовым и кокколитовым (писчий мел). Минеральные скелеты кремневого состава встречаются реже, чем карбонатного. Они известны у одноклеточных животных, как у радиолярий, у многоклеточных примитивных животных (губки), а также у низших водорослей (диатомовые). Кремневые породы – радиоляриты, состоят из скелетов радиолярий, спонголиты – из спикул губок, диатомиты – из створок диатомовых водорослей.

Фосфатные скелеты в чистом виде встречаются редко, но фосфаты кальция CaPO₄ как примесь или основная составляющая известны у многих организмов. Благодаря концентрации биогенного фосфата возникают месторождения фосфоритов. В Подмосковье центрами фосфоритизации являются раковины позднеюрских аммоноидей, а в Эстонии – раковины брахиопод ордовикского рода Obolus. Фосфатная составляющая сконцентрирована в виде конкреций, оолитов, желваков.

За счёт жизнедеятельности бактерий образуются железистые, марганцевые, медистые и сульфидные месторождения, такие как железистые кварциты (джеспилиты) Кривого Рога, медистые песчаники Джезказгана. Бактерии участвуют в накоплении бокситов и фосфоритов.

В органическом породообразовании самую большую роль играют высшие растения. Их массовые скопления при определённых процессах захоронения приводят к возникновения горючих полезных ископаемых (каустобиолитов) таких как торф, уголь, нефть, горючие сланцы, газ. Происхождение нефти и газа связано с глубоким разрушением первичного органического состава вызванным как жизнедеятельностью бактерий и цианобионтов, так и геологическими процессами. За счёт жизнедеятельности высших растений образуются смолы (янтарь). Организмы принимают участие и в образовании особых известковых форм рельефа океанов и морей – рифовых построек различного типа: береговые и барьерные рифы, атоллы, биостромы, биогермы. Рифовые постройки имеют сложное строение. Они состоят из комплекса известковых пород: органогенных, обломочно-органогенных и хемогенных. Рифовые постройки возвышаются в рельефе в виде гряд, холмов и других поднятий. В образовании ископаемых и современных рифов принимают участие различные организмы. В докембрии рифообразующими организмами были строматолиты, в кембрии – археоциаты, с позднего ордовика по пермь – строматопораты, табуляты, ругозы, губки, в мезо-кайнозое – шестилучевые кораллы и мшанки. В образовании пермских рифов принимали участие и брахиоподы, а в меловых – двустворки. На всём протяжении фанерозоя в строении рифов участвовали известковые красные и зелёные водоросли. Ископаемые рифы служили коллекторами для нефти и газа (девонские месторождения нефти Оренбурга, Перми, Гомеля). Кроме того, в ископаемых рифах могут накапливаться подземные пресные и минерализованные воды.

R - V

Є

O

S

D

C

P

T

J

K

N

Q

Цианобионты

Известковые красные и зелёные водоросли

* атолл – коралловый остров кольцеобразной формы, внутри заключающей мелководную лагуну, Тихий, Индийский океаны.

    Основные этапы развития палеонтологии

Ископаемые или окаменелости, человек использовал начиная с палеолита. Об этом свидетельствуют находки ожерелий из фрагментов вымерших кораллов и морских ежей, использовавшихся в ритуалах погребения, и другие археологические находки. Различные ископаемые упоминаются в приданиях, мифах и сказках. Так, белемниты называют «чёртовы пальцы» и в восточных сказках их рассматривают как ногти джинов, раковины фораминифер – нуммулитид в сказаниях о битвах Александра Македонского описывают как окаменевшие монетки.

    Первые научные письменные документы об ископаемых организмах принадлежат древнегреческим естествоиспытателям и философам. Успехи естествознания древних греков были обобщены в трудах Аристотеля жившего в 384 – 322 гг. до новой эры – великого мыслителя своего времени, который создал основы классификации животных, зачатки сравнительной анатомии и эмбриологии. Окаменелости он считал остатками морских животных. Спустя много столетий в XV – XVI вв. такой взгляд на окаменелости поддерживал Леонардо да Винчи (1452 – 1519), хотя в то время существовали иные точки зрения, в частности, что окаменелости это объекты, созданные богом после потопа.

    В XVII – XVIIIвв. Начинается интенсивное исследование в различных отраслях естествознания. Это привело не только к накоплению огромного фактического материала, но и к появлению различных идей, гипотез. Большое значение в развитии палеонтологии имели труды шведского учёного Карла Линнея (1707 – 1778 гг.) – основоположника классификации и систематики. Он разделил всю природу на три царства: минералов, растений и животных. Животные были разделены на шесть классов: птиц, млекопитающих, земноводных, рыб, насекомых, червей. Классы были разделены на роды, роды – на виды. Линней описал свыше4200 видов животных и около 10 000 растений. Он допускал возможность возникновения новых видов под влиянием внешней среды или в результате скрещивания. Одновременно с Линнеем работали блестящие учёные: во Франции Жорж Бюффон (1707 – 1788) и в России – Михаил Ломоносов (1711 – 1765). Бюффон рассматривая происхождение и развитие жизни, историю животного и растительного мира, подчёркивал единый план строения животных, говорил о наличии промежуточных форм между разными группами животных и считал, что история развития Земли насчитывает до 75 000 лет. Основоположником естествознания в России стал М. Ломоносов. В своей книге «О слоях земных» он объяснял происхождение осадочных горных пород образованием их в морских бассейнах. Ископаемые моллюски, встреченные в этих породах, обязаны своим происхождением морям, существовавшим в прошедшие геологические эпохи. Ломоносов представлял себе смену различных периодов жизни на Земле как последовательное чередование наступления и отступления морей, объясняя эти явления медленными колебаниями суши. Ломоносов впервые высказал правильное представление о янтаре, как ископаемой смоле хвойных. По его инициативе в 1755 г. был создан Московский университет. Возраст Земли он оценивал уже в 400 000 лет.

    Становление и развитие палеонтологии происходило в три этапа: додарвиновский, дарвиновский и последарвиновский.

    Додарвиновский этап развития палеонтологии связан с именами таких учёных как англичанин Вильям Смит (1769 – 1839) – палеозоология беспозвоночных, Жорж Кювье (1769 – 1832) – палеозоология позвоночных, Александр Броньяр (1801 – 1876) – палеоботаника . Вильям Смит в 1799 г. предложил два постулата:

1) слои, содержащие одинаковые окаменелости, одновозрастны

2) слои, содержащие разные окаменелости, являются разновозрастными.

На основании этих положений Смит впервые построил сводный стратиграфический разрез Англии, где разновозрастные слои раскрасил различными цветами, эти принципы Смита до сих пор являются классическими и незыблемыми. Его считают основоположником палеонтологического метода в стратиграфии.

Основы палеонтологии, как науки, были заложены почти одновременно Ламарком, Кювье и Броньяром.

Жан Ламарк (1744 – 1829), современник Смита, французский натуралист, зоолог. Живая природа представлялась Ламарку в виде непрерывно изменяющихся особей, которые объединяются в виды, существующие только в течение определённого отрезка времени. Органический мир по Ламарку развивался от простейших форм к более сложным. Он считал, что движущей силой развития живых существ является врождённое стремление к совершенствованию своей организации. Изменение внешних условий вызывает изменение потребностей, а это влечёт за собой изменение органов. Всё, что было приобретено или изменилось в течение индивидуальной жизни, сохраняется благодаря наследственности и передаётся потомству. Ламарк, создав теорию наследования приобретённых признаков и изменчивости, поставил вопрос о взаимосвязи изменчивости и наследственности. Основные положения учения Ламарка: 1)виды существуют в течение определенного интервала времени и переходят один в другой 2)происходит постепенное усложнение организмов - от низших к высшим 3) изменчивость видов связана с влиянием внешней среды 4) приобретённые изменения передаются потомкам через наследственность. Идеи Ламарка не получили поддержки у современников, хотя им была предложена первая эволюционная концепция, в дальнейшем развитая Ч. Дарвином. Жорж Кювье (1769 – 1832) известен как выдающийся выразитель идеи неизменяемости видов органического мира. Историю органического мира он рассматривал совершенно иначе, чем Ламарк. Он, как и Линней, считал виды неизменны и постоянны. Вместе с тем Кювье видел, что ископаемые разных слоёв отличаются друг от друга и объяснял это периодическими революциями после которых, старое исчезает и возникает новое, постепенных переходов не существует. Впоследствии его объяснение развития органического мира назвали теорией катастроф, которая объясняла массовые вымирания организмов, такие как на рубеже палеозоя-мезозоя и т.д.

Палеонтология.

Линней описал свыше 4200 видов животных и около 10 000 растений. Он допускал возможность возникновения новых видов под влиянием внешней среды или в результате скрещивания. Одновременно с Линнеем работали блестяшие учёные: во Франции Жоран Бюффон (1707-1788) и в России – Михаил Ломоносов (1711-1765). Бюффон рассматривал происхождение и развитие жизни, историю животного и растительного мира, подчёркивал единый план строения животных, говорил о наличии промежуточных форм между разными группами животных и считал, что история Земли насчитывает до 75 000 лет. Основоположником естествознания в России стал М. Ломоносов. В своей книге “О слоях земных” он объяснял происхождение осадочных пород образованием их в морских бассейнах. Ископаемые моллюски, встреченные в этих породах, связазаны своим происхождением, существовавшим в прошедшие иоилогические эпохи. Ломоносов представлял себе смену различных периодов жизни на Земле как последовательное чередование наступления и отступания морей, объясняя эти явления медленными вековыми колебаниями суши. Ломоносов впервые высказал правильное представление о янтаре, как ископаемой смоле хвойных. По его инициативе в 1755г. был создан Московский университет. Возраст Земли он оценивал уже в 400 000 лет.

Становление и развитие палеонтологии происходило в три этапа: додарвиновский, дарвиновский и последарвинский.

Додарвинский этап палеонтологии связан с именами таких учёных как англичанин Вильям Смит (1769-1839) – палеонтологический метод; французы: Жан Ламарк (1744-1829) – палеозоология беспозвоночных; Жорж Кювье (1769-1832) – палеозоология позвоночных; Александр Броньяр (1801-1876) – палеоботаника.

В. Смит в 1799г. предложил два послулата.

1) слои, содержащие одинаковые окаменелости, одновозрастны;

2) слои, содержащие разные окаменелости, являются разновозрастными;

На основании этих положений Смит впервые построил сводный стратиграфический разрез Англии; где разновозрастные слои раскрасил различными цветами. Эти принципы Смита до сих пор являются классическими и незыблемыми. Его считают основоположником палеонтологического метода в стратиграфии.

Основы палеонтологии, как науки, были заложены почти одновременно Ламарком, Кювье, Броньяром.

Жан Ламарк (1744-1829), современник Смита, французский натуралист, зоолог. Живая природа представлялась Ламарку в виде цепи непрерывно изменяющихся особей, которые объединяются в виды, существующие только в течение определённого отрезка времени. Органический мир по Ламарку развивался от простейших к более сложным. Он считал, что движущей силой развития живых существ является врождённое стремление к совершенствованию своей организации. Изменение внешних условий вызывает изменение потребностей, а это влечёт за собой изменение органов. Всё, что было приобретено или изменилось в течение индивидуальной жизни, сохранятся благодаря наследственности и передаётся потомству. Ламарк, создав теорию наследования приобретённых признаков и изменчивости, поставил вопрос о взаимосвязи изменчивости и наследственности. Основные положения учения Ламарка:

1. Виды существуют в течение определённого интервала и постепенно переходят один в другой;

2. Происходит постепенное усложнение организмов – от низших к высшим;

3. Изменчивость видов связана с влиянием внешней среды;

4.  Приобретённые изменения передаются потомкам через наследственность.

Идеи Ламарка не получили поддержки у современников, хотя им была предложена первая эволюционная концепция в дальнейшем развитая Дарвином.

Ж. Кювье (1769-1832) известен как выдающийся выразитель идеи неизменяемости видов органического мира. Историю органического мира он рассматривал совершенно иначе, чем Ламарк. Он, как и Линней, считал, что виды неизменны и постоянны. Вместе с тем Кювье видел, что ископаемые разных слоёв отличаются друг от друга и объяснял это периодическими революциями, после которых старое исчезает, и возникает новое, постепенных переходов не существует. В последствие его объяснение развития органического мира назвали теорией катастроф, которая объясняла массовые вымирания организмов, такие как на рубеже палеозоя-мезозоя и т.д.

В соответствие с идеей катастрофизма на Земле происходили: 1) внезапные скачкообразные изменения; 2) в истории Земли было три крупных катаклизма, причём последний связывался с библейским потопом; 3) перевороты захватывали обширные участки, но не были глобальными. Заслуги Кювье, несмотря на допущенные теоретические ошибки (защита, постоянства видов, теория катастроф), безусловно велики. Кювье был блестящим учёным и его положительное научное наследие велико, особенно в области сравнительной анатологии. Он является основоположником палеозоологии позвоночных, и разработал целостную систематику животных, поставив во главу таксономическую единицу тип. Изучая биологические особенности организмов и сочетая их с геологическими, он заложил основы палеонтологического метода в стратиграфии.

Александр Броньяр (французский ботаник) – внёс значительный вклад в развитие палеоботаники, предложив первую единую систематику и историю развития ископаемых растений. Чарльз Лайель (1797-1875) в своих трудах показал, что преобразование Земли в геологическом прошлом происходило не путём катастроф, а при постепенном воздействии разнообразных процессов – внешних и внутренних. В соответствии с длительными изменениями окружающей среды медленно и постепенно изменялся органический мир. Лайель в своих рассуждениях впервые использовал метод актуализма, т.е. метод сравнения процессов, протекавших в прошлые геологические эпохи с современными процессами. Актуалистический метод Лайеля сыграл выдающую роль в формировании мировоззрения Дарвина.

Громадное влияние на дальнейшее развитие эволюционной палеонтологии имели труды академика Петербургской академии наук К. Бэра (1792-1876) – основоположника сравнительной эмбриологии. Изучая зародышей позвоночных, К. Бэр установил следующий закон: зародыши высших животных напоминают зародышей низших организмов. Благодаря выявлению этой закономерности эмбриология совместно с палеонтологией стала источником доказательства эволюции жизни.

В течение первой половины XIX века были созданы все предпосылки для появления эволюционной теории Дарвина.

Следующий этап развития палеонтологии охватывает промежуток времени от середины и до конца XIX века и связан с именем великого ученого Чарльза Дарвина (1809-1882). В 1831 году он совершил кругосветное путешествие на научно-исследовательском судне “Бигль”. Материалы, собранные им за 5 лет плавания и привлечённый им палеонтологический материал легли в основы его учения, названного впоследствии теорией эволюции или дарвинизмом. Полный вариант теории Ч. Дарвина был опубликован в 1859 году в его книге “Происхождение видов”. Появление книги Дарвина оказала огромное влияние на развитие биологии и палеонтологии. Дарвин показал, что современный органический мир со всем своим многообразием и удивительной приспособленностью форм является итогом сложной эволюции, которая длилась многие миллионы лет. Базируясь на большом количестве фактов, Дарвин сформулировал следующие основные положения своего учения об эволюции:

1) Постоянно идёт борьба за существование, при этом выживают сильнейшие. До взрослого состояния доживает незначительная часть, большинство погибает.

2) Для всех живых организмов характерна всеобщая изменчивость признаков и свойств, т.е. под влиянием определённых причин организмы могут приобретать новые качества и признаки в результате искусственного и естественного отбора.

3) В качестве главного механизма эволюции он выделил естественный отбор. В отличие от своих предшественников. Дарвин оценивал длительность жизни на Земле во много млн. лет, но подчёркивал, что неполнота геологической летописи является причиной отсутствия сведений о переходных промежуточных формах, связывающие одну группу с другой и причиной внезапного появления многих групп.

4) И наконец, Дарвин пришёл к очень важному выводу для биостратиграфии – закону о необратимости эволюции: если вид однажды исчез с Земли, то он не возникнет вновь. Это закон вытекает из теории естественного отбора, причём вымирание древних форм является неизбежным следствием возникновения новых. Господствующие формы, распространённые широко и дающие наибольшее число разновидностей, стремится населить мир близкими к ним, но изменёнными потомками, и эти последние с успехом вытесняют группы, уступающие им в борьбе за существование. Эволюционный процесс вида носит адаптивный характер или приспособительный характер. Виды животных и растений приспособлены к разнообразным условиям среды. К числу приспособлений относятся защитные окраски – покровительственная, предостерегающая, подражательная (мимикрия) и маскировочная. Дарвин развил теорию происхождения видов, доказывая, что каждая крупная группа животных или растений происходит от общих предков и из одного центра. Теория Дарвина имела огромное значение для дальнейшего развития биологии. Она решала две крупные проблемы: проблему превращения одной органической формы в другую и проблему целесообразности органических форм.

Благодаря усилиям Дарвина и его последователей палеонтология превратилась в эволюционную науку, органические остатки стали звеньями цепи жизни на Земле. Однако Дарвин отметил, что геологическая летопись несовершенна и отличается неполнотой. Значительная часть памятников истории жизни на Земле была разрушена и исчезла бесследно. Тем не менее, имеющиеся палеонтологические документы представляют большую ценность для расчленения и корреляции разрезов. Фауна из любого стратиграфического горизонта по уровню организации всегда будет промежуточной между фаунами предшествующего и последующего горизонта. Особое внимание Дарвин обратил на кажущееся внезапным появление в кембрии разнообразных представителей животного мира, объясняя это не внезапностью, а метаморфизмом докембрийских пород либо недоступностью их для наблюдений.

Идеи Дарвина вызвали бурный рост естествознания , способствовали ускорению процесса науки. Во второй половине XIX века трудилась блестящая плеяда естествоиспытателей: Т. Хаксли, В. Вааген, М. Неймайр, В. Ковалевский, Л. Дало и др. Венский – палеонтолог. М. Неймайр на примере брюхоногих моллюсков, показал как отчетливо вина: унаследованность форм при переходе от одной формы к другой и отличие крайних членов этого ряда. Причиной изменчивости он считал влияние окружающей среды. В России одним из первых учёных воспринявших учение Дарвина был В. Ковалевский (1842-1883). Ковалевский разработал новую классификацию копытных и доказал происхождение копытных от общего предка, кроме того, он проследил эволюционное изменение отдельных элементов скелета во времени в с связи с изменениями их функции. Эволюция лошадей, прослеженная им до наших дней, вошла во все учебники по дарвинизму и биологии, тем самым подтвердив принцип адаптивной градиации, намеченный ещё Дарвиным.

А это значит, что переход лошадей от лесных пространств к степным повлёк за собой изменения в образе жизни и составе жизни. Вслед за изменениями условий существования произошли изменения и в строении тела в первую очередь в строении зубной системы и конечностей. Ковалевского считают одним из основателей эволюционной палеонтологии.

Последователем В. Ковалевсткого в области палеонтологии позвоночных был бельгийский учёный Л. Долло (1857-1931). Он сформулировал мысль о прерывистости эволюции, т.е. о наличии в ходе развития резких скачков. К примеру, увеличение длины тела позвоночных может идти как за счёт вытягивания позвонков, так и за счёт возрастания числа позвонков. Во втором случае постепенность исключена, возможно лишь скачкообразное развитие. Долло является автором Закона о необратимости эволюции, мысль с которой содержится в эволюционном учении Дарвина. Он звучит так: организмы никогда не возвращаются к предковому состоянию, если они оказываются в тех же условиях существования, что и их предки. Впоследствии появились факты, подтвердившие возможности частичного возврата к предковому состоянию.

В России после организации в 1882 году Геологического комитета во главе его стал выдающийся геолог и палеонтолог А. П. Карпинский.

Последарвиновский этап палеонтологии – это начало и весь XX век. Эволюционная теория Дарвина осталась базисной. Появились новые теории эволюции, которые опираются на исследования по генетике, молекулярной биологии, биохимии, биофизики, экологии и т.д.

Важную роль в развитии палеонтологии сыграли такие русские учёные Л. Берг, А. Северцов, А. Павлов, Н. Андрусов.

 Во второй половине XX века очень плодотворной оказались идея использовать достижения кибернетики для объяснения многих явлений эволюции (биокибернетика).

В палеонтологии обособились микропалеонтология, объектом изучения, которой стали фораминиферы, радиолярии, остраходы, конодонты. Были открыты новые, ранее неизвестные группы организмов – археоциаты, ментакулиты. На основании развития молекулярной генетики, молекулярной биологии, биохимии было установлено, что основная наследственная информация заключена в ДНК, в которой основную роль в передаче наследственности от материнской клетки к дочерней играют гены. Как-то в телевизионной передаче “Естественный отбор” (2001г.) прозвучала идея о том, в будущем если удастся получить ДНК из замёрзших трупов мамонтов и ввести это в организм самки индийского слона, то возможно родиться животное очень близкое к мамонту.

Развитие эволюционной палеонтологии тесно связано не только с успехами в биологии, но и с интенсивными геологическими исследованиями. Стала актуальной проблема подготовки специальных кадров. Так, до II мировой войны были созданы кафедры палеонтологии во многих университетах мира. Стали выходить палеонтологические журналы и другие периодические издания. В 1916 г. было создано при АНРФ Всесоюзное палеонтологические сессии общество, которое с 1955 года проводит свои ежегодные палеонтологические сессии. Новые современные методики исследования, применение электронного микроскопа как трансмиссионного, так и сканирующего. Изчучение строения дна океана открывают перед палеонтологией новые перспективы развития.

ДНК – дезоксирибонуклииновая кислота. ДНК ответственна за передачу генетической информации от одного поколения к другому.

Кибернетика – наука об общих процессах управления и передачи информации в машинах, живых организмах (биокибернетика).

Организм и среда.

Область распространения живых существ на Земле образует особую оболочку, называемую биосферой. Биосфера возникла с появлением на Земле живых существ: она занимает всю поверхность суши, все водоёмы Земли – океаны, моря, озёра, реки, проникает в атмосферу – большинство организмов поднимается в воздух более чем на 50 – 70 м, а споры бактерий и грибов заносятся на высоту до 22 км. Жизнь проникается в литосферу, где она концентрируется в основном в поверхности слоёв на глубине до 6-8 м, но некоторые бактерии найдены в слоях на глубине до 2-3 км.

Условия существования на земле очень разнообразны и определяются факторами как неорганического, так и органического порядка. К неорганическим факторам относятся: температура, влажность, солёность воды, глубина бассейна, давление. К органическим те взаимоотношения, в которые вступают организмы между собой. Эти взаимоотношения в первую очередь выражаются пещевыми связями. Каждый вид обладает своим ареолом, занимая пространственно различные части земно поверхности. Все организмы на земле живут сообществами, называемыми биоценозами. Биоцеоз, представляет собой комплекс или сообщество организмов, живущих совместно при определённом сочетании разнообразных факторов среды. Каждый биоценоз занимает определённую территорию – биотоп. Все виды в пределах своего биотопа образуют более или менее обособленные поселения – популяции. Каждая популяция реально существует как определённое единство состоящее из совокупности особей, в течение длительного времени населяющих определённую территорию и способных к воспроизводству потомства. Соревнование особей и естественный отбор протекают прежде всего внутри популяции.

Организмы, входящие в состав биоценоза, по-разному реагируют на колебания того или иного фактора среды – солёности, температуры, давления. Одни могут существовать при широких колебаниях одного из факторов среды и тогда прибавляется приставка «эври»; другие не переносят даже значительного изменения этого фактора и тогда прибавляется приставка «стено».

Итак, если это глубина - эврибатный, стенобатный;

Солёность – эвригалинный, стеногалинный;

Температура – эвритермный, стентермный.