Ихнофоссилии: окаменевшие следы
Перед вами отпечаток лапы динозавра, застывший на миллионы лет в песчанике в американском штате Юта. Такие отпечатки — наиболее известные примеры ихнофоссилий, обширного класса окаменелостей, представляющих собой следы жизнедеятельности древних организмов.
Если окаменевшие остатки скелетов или отпечатки мягких тканей позволяют узнать, как эти организмы выглядели, то ихнофоссилии рассказывают о том, как они себя вели: как передвигались, как питались, как строили жилища и как отдыхали. Первый же вопрос, который обычно возникает при взгляде на ихнофоссилию: «А кто оставил этот след?» Вопрос очень важный и интересный, хотя сами палеоихнологи (палеонтологи, занимающиеся ихнологией) его не очень любят, — часто на него нет точного ответа, да и определение до вида организма, оставившего след, обычно не является основной задачей.
Дело в том, что к определению «автора» следа, палеоихнология подходит особенным образом — со своей собственной систематикой следов жизнедеятельности. Вместо привычных биологам и палеонтологам sp. (species — вид) и gen. (genus — род) появляются не связанные с ними напрямую isp. (ichnospecies — ихновид) и igen. (ichnogenus — ихнород). Параллельная систематика продиктована спецификой окаменелостей. С одной стороны, один и тот же организм в разных ситуациях может оставлять совсем разные следы (например, отпечатки лап и выкопанную нору). С другой стороны, от абсолютно разных организмов до нас могут дойти невероятно похожие ихнофоссилии (наглядный, хотя и современный пример — норы сурка и буревестника). Поэтому, например, ихнород Arenicolites, представляющий собой простые U-образные ходы рытья, встречающиеся с кембрия до современности, не очень правильно воспринимать как след конкретного животного.
Типы следов, которые дошли до нас в виде объемных структур в осадочных породах. Ихнотаксоны: 1 — Cruziana; 2 — Cosmorhaphe; 3 — Paleodictyon; 4 — Phycosiphon; 5 — Chondrites; 6 — Thalassinoides; 7 — Ophiomorpha; 8 — Diplocraterion; 9 — Gastrochaenolites; 10 — Asteriacites; 11 — Rusophycus. Рисунок из книги: Р. Микулаш, А. Дронов. Палеоихнология — введение в изучение ископаемых следов жизнедеятельности
Сами следы тоже бывают очень разные — всё зависит от того, чем занимался организм их оставивший: перемещался (шел или полз), что-нибудь ел, рыл нору и т. д. Также к ихнофоссилиям относятся копролиты (окаменелые экскременты; см. картинку дня Копролиты и великое вымирание), кололиты (cololites, окаменелое содержимое кишечника) и гастролиты (gastrolites, окаменелое содержимое желудка; не путать с gastroliths — камушками, специально заглоченными животными для перетирания плотной пищи; по-русски тоже гастролиты). Более того, ихнофоссилии оставляют не только животные: палеонтологи часто имеют дело с ризолитами — окаменевшими следами, оставшимися от корней растений.
Ризолиты (следы корней растений), торчащие из выветривающегося песчаника плейстоценового возраста на острове Гран-Канария. Подробнее про эти необычные образования можно прочитать в статье A. Alonso-Zarza et al., 2008. Megarhizoliths in Pleistocene aeolian deposits from Gran Canaria (Spain): Ichnological and palaeoenvironmental significance. Фото © Кирилл Власов
А в некоторых случаях ситуация вообще настолько запутанная, что не удается понять, кто оставил след — животное или растение. Замечательным примером такого случая являются гексагональные сетки Paleodyction.
Paleodictyon из миоценовых отложений Италии. Фото с сайта en.wikipedia.org
Но иногда всё же удается соотнести «автора» и оставленный им след. Например, это не составляет большого труда, если вид еще существует и животное ходит непосредственно по окаменевшим следам, оставленным его сородичами.
Следы антилопы гну из местонахождения Энгаре-Серо (Танзания) возрастом 10–12 тысяч лет. В момент съемки живые представители этого вида паслись в ста метрах от фотографа. Рядом со следами гну находятся следовые дорожки Homo sapiens. Про изучение следов человека в этом местонахождении можно прочитать в статье K. Hatala et al., 2020. Snapshots of human anatomy, locomotion, and behavior from Late Pleistocene footprints at Engare Sero, Tanzania. Фото © Кирилл Власов
Но если это следы кого-то вымершего, то всё сложнее, и сопоставление животного и следа — большая удача. Если ученым особенно везет, то удается найти одновременно и следы, и того, кто их оставил, — тогда в руках ученых оказывается почти что кинопленка с действиями существа, о которых никак больше не узнать.
Так, история, которую рассказывает следовая дорожка юрского (150–140 млн лет назад) мечехвоста из Зольнхофенского месторождения в Баварии (см. Зольнхофенский известняк) одновременно и грустна, и забавна. Она повествует о юном мечехвосте, который спустился на дно лагуны, прошел по нему десять метров и умер. Удалось установить даже причину смерти — асфиксия. Во время шторма небольшое (12 см) членистоногое попало в очень соленые воды лагуны, где и погибло. В отличие от взрослых животных, молодые мечехвосты часто плавают в толще воды и у поверхности и поэтому легко могут попасть в штормовые волны, способные снести их в неудачное место. Мечехвост боролся до последнего — большинство животных, которых забрасывало в такие лагуны, достигали дна уже мертвыми (D. Lomax, C. Racay, 2012. A Long Mortichnial Trackway of Mesolimulus walchi from the Upper Jurassic Solnhofen Lithographic Limestone near Wintershof, Germany). Похожая история постигла и креветку, экспонирующуюся в палеонтологическом музее в самом Зольнхофене, но ее след был в несколько раз меньше.
А вот из странных волнистых структур, показанных на фото ниже, можно узнать об особенностях жизни триасовых четвероногих рептилий (тетрапод). Сложные структуры с несколькими входами и выходами, камерами и соединяющими их переходами были созданы небольшими рептилиями (длина тела — 20–25 см), жившими колонией на берегу сезонно пересыхающей речки к северу от экватора 240 миллионов лет назад. Исходя из конструкции нор и их географического положения, ученые смогли с большой уверенностью утверждать, что такие сооружения служили укрытием для целой колонии тетрапод, которые пережидали в них холодные ночи и прятались от хищников. На момент обнаружения эта находка была второй по древности среди известных нор рептилий (более древние были на 5 млн лет старше). Она стала доказательством наличия сложных социальных отношений среди животных еще в триасе (S. Voigt et al., 2011. Complex tetrapod burrows from middle triassic red beds of the Argana basin (Western High Atlas, Morocco)).
Норы тетрапод из триасовых отложений Марокко. Длина масштабных отрезков: A — 2 см, B и D — 10 см, C — 5 см. Фото из статьи S. Voigt et al., 2011. Complex tetrapod burrows from middle triassic red beds of the Argana basin (Western High Atlas, Morocco)
Ихнофоссилии предоставляют палеонтологам и геологам массу информации — с помощью них можно изучать, как передвигались динозавры, выделять нужные геологические слои и определять палеогеографические условия. Для широкой публики они, конечно же, не так интересны: будучи выставленным в музее, след тираннозавра привлекает гораздо меньше внимания, чем его скелет. Хотя реконструкция скелета основывается в том числе и на том, что мы узнали, изучая невзрачные следы теропод.
Древние окаменелости
Окаменелости — это отвердевшие остатки или отпечатки растений или животных, которые жили очень давно. Возраст одних окаменелостей составляет тысячи лет, а других — достигает нескольких миллионов лет. Большинство живых организмов после гибели сгнили, не оставив и следа. Но некоторые до того, как началось гниение, были погребены — под слоем почвы, ила, камней или льда. Под давлением этих слоев без воздуха останки за тысячи лет окаменели.
По окаменелостям ученые могут очень много узнать об условиях, существовавших на нашей планете много тысячелетий назад. Например, они могут определить, Была территория покрыта лесами или нет, определить, какие животные обитали на ней. Кроме того, они могут установить, когда жило окаменевшее растение или животное. Возраст ископаемого можно определить по слоям пород, в которых оно обнаружено: в наиболее глубоких слоях содержатся самые старые окаменевшие останки, а в верхних — те, которые отложились позже. По окаменелостям можно делать выводы о том, какие полезные ископаемые можно обнаружить в данном районе.
Наука, изучающая окаменелости, называется палеонтологией, что в переводе с греческого означает «изучение древней жизни»
Как образуются окаменелости
Для образования окаменелости необходимо, чтобы умерший живой организм оказался быстро захороненным. Когда над ним быстро образовывается осадочный слой почвы, льда, песка или ила, останки лишаются доступа воздуха и не загнивают. На суше эти останки разрушаются или же растворяются подземными водами.
Если этот процесс происходит в воде, то минералы, содержащиеся в ней, откладываются в останках, они обрастают твердой породой, что не дает им разрушиться. Миллионы лет спустя горная порода поднимается с морского дна. Дождь, ветер или, возможно, море со временем разрушают ее, обнажая скрытые в ней окаменелости.
Виды окаменелостей
Обычно в окаменелостях сохраняются жесткие фрагменты организмов — кости или раковины животных, семена, стебли и прожилки листьев растений. Иногда окаменелость представляет собой саму часть животного — кость или зуб, которая превратилась в камень.
Встречаются и отпечатки различных фрагментов животных. Иногда эти отпечатки выполняют роль формы, заполненной осевшими в них окаменелыми веществами, как, например, след ноги динозавра.
Находят и животных, сохранившихся целиком с шерстью, кожей, костями, однако мягкие ткани не сохраняются.
Растительные окаменелости встречаются гораздо реже, чем животные, поскольку у растений нет ни костей, ни скелета. Но до наших дней дошло немало ископаемых останков, дающих четкое представление об эволюции растительного мира.
Окаменелости
Окаменелости
Окамене́лости, ископаемые останки организмов, ископаемые, фоссилии — остатки или следы жизнедеятельности организмов, принадлежащих прежним геологическим эпохам. Обнаруживаются людьми при раскопках или обнажаются в результате эрозии. Окаменелости предоставляют важную информацию о организмах эпохи своего образования, животных и растениях тех времён. Существуют методы анализа, позволяющие приблизительно определить время их образования или консервации.
Окаменелости обычно представляют собой останки или отпечатки животных и растений, сохранившиеся в почве, камнях, затвердевших смолах. Довольно часто таким образом сохраняются только твёрдые части тела животного — зубы и кости. Мягкие же ткани разлагаются, однако по результатам их взаимодействия с окружающим материалом (изменения формы или химического состава) можно судить о мягких тканях окаменевшего организма. Окаменелостями называют также законсервированные следы, например, ног организма на мягком песке, глине или грязи.
Содержание
Фоссилизация
Фоссилизация (лат. fossilis — ископаемый) — совокупность процессов преобразования погибших организмов в ископаемые. Она сопровождается воздействием различных факторов среды и прохождением процессов диагенеза — физических и химических преобразований, при переходе осадка в породу, в которую они включены.
После гибели организма в первую очередь происходит разрушение мягких тканей, затем — заполнение пустот скелета минеральными соединениями. Иногда пустоты скелета подвергаются пиритизации, ожелезнению, в них могут возникать друзы и включения кальцита, аметиста, флюорита, галенита и т. д. При фоссилизации скелет подвергается перекристаллизации, приводящей к устойчивым минеральным модификациям. Например, арагонитовые раковины моллюсков преобразуются в кальцитовые. Известны случаи минерализации, когда первичный химический состав скелета изменяется (псевдоморфозы). Так, известковые раковины частично или полностью замещаются водным кремнеземом и наоборот. Иногда наблюдаются фосфатизация, пиритизация и ожелезнение минеральных и органических скелетов.
Растения при фоссилизации обычно подвергаются полному разрушению, оставляя т. н. отпечатки и ядра, однако их остатки обнаруживаются в ископаемом виде начиная с докембрия. Также растительные ткани могут замещаться минеральными соединениями, чаще всего кремнеземом, карбонатом и пиритом. Подобное полное или частичное замещение стволов растений при сохранении внутренней структуры называется петрификация.
Субфоссилии
К субфоссилиям также принадлежат уникальные находки некоторых животных, например мамонты, носороги и птицы. Консервантами в таких случаях являются вечная мерзлота, различные битумы, вулканический пепел, эоловые пески. Ранее считалось, что янтарь также является хорошим консервантом, однако в нём не сохраняются мягкие ткани. Ископаемые растения и животные в янтаре полностью сохраняют свою форму, что позволяет тщательно изучить их внешнюю морфологию. Но попытка извлечь объекты заканчивается тем, что все их содержимое рассыпается в пыль.
Эуфоссилии
Эуфоссилии, или эвфоссилии (греч. еu — хорошо, настоящий) представлены целыми скелетами или их фрагментами, а также отпечатками и ядрами. Скелетные остатки имеют минеральный или органический состав. К ним относятся раковины и скелеты животных, оболочки бактерий и грибов, а также органические остатки листьев, семян, плодов, спор и пыльцы. Скелеты являются основными объектами палеонтологических исследований. Иногда используется термин «органикостенные микрофоссилии», к которым относятся оболочки бактерий и грибов, нитчатых цианобионтов, а также споры и пыльца. Размеры таких фоссилий менее 100 мкм. Многие эуфоссилии сохраняют информацию не только о мягких частях организма и его функциональных системах, таких как кровеносная, половая, проводящие пучки растений и др., но и об образе жизни и биогеохимических процессах.
Ихнофоссилии
Копрофоссилии
Копрофоссилии (греч. kopros — помёт, навоз) образованы продуктами жизнедеятельности ископаемых организмов. Имеют объемный характер, сохраняются в виде валиков, конкреций, холмиков, столбиков, пластовых тел. К наиболее типичным копрофоссилиям относятся конечные продукты пищеварения позвоночных животных, непереваренные остатки других животных и растений. Обычно они представлены валиками и ленточками, обогащенными кальцием, железом, магнием, калием и фосфором. Копрофоссилии обычно имеют более светлый или, наоборот, более темный, нередко с красноватым оттенком, что выделяет их от окружающей породы.
Хемофоссилии
Хемофоссилии (греч. chemie — химия) представлены органическими ископаемыеми биомолекулами бактериального, цианобионтного, растительного и животного происхождения. Обычно сохраняют химический состав биомолекул, который позволяет определить систематическое положение ископаемого организма, но не его морфологию. Являются объектом изучения биохимии и молекулярной палеонтологии.
Что ученым могут рассказать ископаемые
Ископаемые достаются ученым в разном виде.
Окаменение (петрификация) и замещение
В этом случае органика разрушается, а вода, содержащая минеральные компоненты, заполняет все полости и поры, где минералы отлагаются, создавая каменистые фоссилии. Понятно, что обычно окаменевают только самые прочные части, например, кости, но изредка, при хорошей концентрации минерального раствора, петрифицируются мышцы и даже такие эфемерные части, как языки, нервы и глаза.
Иногда по пути окаменевающие элементы заметно деформируются, искажаются и сплющиваются самым причудливым образом. Качество окаменения бывает разным — от слабооформленных чурок, лишь в общих чертах напоминающих исходный объект, до клеточной точности, что позволяет оценить уровень обмена веществ и даже прикинуть размер генетического аппарата.
Чрезвычайно ценный вариант окаменелостей — микрофоссилии: одноклеточные водоросли, микроскопические раковинки простейших, споры и пыльца растений. По ним идеальным образом восстанавливаются климатические колебания; по большому счету, по ним проводятся и границы геологических периодов.
Замещающие породы тоже бывают разными. Особенно впечатляют окаменелости, выполненные пиритом — выглядят они, как золотые. В Австралии знамениты переливающиеся всеми цветами радуги кости динозавров, замещенные опалом. В канадской Альберте перламутр аммонитов стал аммолитом — зелено-желто-оранжевым минералом невероятной красоты.
Обугливание
Довольно частый вариант фоссилизации, при котором нестойкие органические компоненты исчезают, но углеродная, то есть углистая составляющая остается. Понятно, что чаще и легче это происходит с растениями: в гигантских залежах бурого и каменного угля регулярно встречаются обугленные стволы, корни и листья деревьев.
Копролиты
Окаменевшие экскременты, то есть какашки — не самый привлекательный, но богатый информацией вид фоссилий. По ним можно проследить детали диеты и, иногда, поведения древних животных. Часто внутри копролитов сохраняются косточки, чешуя и даже окаменевшие шерстинки, а изотопный анализ позволяет уточнить содержание разных типов органики в пище. Угадать, кто же нагадил миллионы лет назад, бывает непросто. Хорошо с акулами: благодаря спиральному клапану в прямой кишке их завитые копролиты крайне характерны. А вот кому принадлежат копролиты в виде звездочек из пермских отложений Пермской области — до сих пор неизвестно; зато как красиво можно назвать это таинственное существо — Астрофекалис мирабилис. (Вполне возможно, что наши очень далекие потомки будут задумываться над «визитными карточками» вомбата.)
Отпечатки
Они образуются, когда организм падает на песок или впечатывается в него; последующие отложения покрывают его, так что, когда палеонтолог раскалывает плитку песчаника, получаются отпечаток и противоотпечаток. В зависимости от грубости породы разрешение будет разным. Если осадок был очень мелкий, сохраняются детали строения ножек и крыльев насекомых, мельчайшие прожилки листьев растений, семена и чешуя рыб в желудках животных. На отпечатке мезозойской птицы Archaeorhynchus spathula удалось проследить даже тонкости строения легких. Различаются и размеры отпечатков: чаще это не очень большие фрагменты тонких объектов, например, бесскелетных организмов, листьев и кожи, но встречаются и огромные отпечатки листьев, целых ихтиозавров, птерозавров, птиц и зверей. Иногда внутри отпечатка консервируются органические вещества, которые, позволяют, например, определить родство эдиакарских загадочных тварей или цвет кожи и перьев мезозойских рептилий и птиц. Самые знаменитые местонахождения самых впечатляющих отпечатков — Золенгофен и Мессель в Германии и Джехол в Китае.
Полости, слепки и ядра
Получаются, когда остатки живых существ погружаются в полужидкий осадок, после чего органика сгнивает или растворяется, оставляя полости. Эти пустоты могут сохраниться, а могут заполниться новым плотным осадком. Иногда в последующем разрушается уже окружающая порода, так что нам достаются объемные слепки древних организмов. Обычно это происходит с раковинами и частями деревьев, но известны прецеденты слепков даже носорогов.
Полости в янтаре
Один из самых красивых вариантов фоссилизации. В смоле, вытекавшей из деревьев, вязли древние насекомые, пауки, частички растений, ящерицы, перья птиц и прочие мелкие штуки. Смола затвердевала и становилась янтарем, внутри которого все эти чудеса застыли как пустоты с минимумом высохшей органики. Благодаря идеальному обтеканию смолой в янтаре видно наимельчайшие детали строения. К сожалению, надежды на то, чтобы там сохранилась ДНК, как это показано в фильме «Парк юрского периода», не оправдались.
Битумизация
Это консервация в естественном парафине, асфальте и озокерите. Самые известные жертвы асфальта — мамонты, смилодоны, волки и гигантские грифы из Ранчо-ла-Бреа в Калифорнии. Самые впечатляющие находки — куски туш мамонта и шерстистых носорогов из Старуни на Западной Украине. Правда, они же — и самые несчастные: части мамонта и первого носорога были выброшены на свалку, а из шкур незамысловатые добытчики озокерита, принявшие их за волов, пытались шить обувь. Чуть больше повезло второй туше носорога, почти идеальной сохранности, чучело с которой до сих пор хранится в музее, хотя нормального исследования находки так никогда и не было сделано.
Замораживание, высушивание (мумификация), засаливание
Почти идеальные варианты. Все слышали про замороженных мамонтов из Сибири, на телах которых сохранились мышцы, кожа и шерсть, в коже — личинки оводов, внутри рта и желудка — трава. Как ни странно, единственное, что так и не сохранилось — это клетки. В процессе заморозки кристаллы льда порвали все мембраны, так что до сих пор ни одной целой клетки так и не было найдено. А это важно, так как цитоплазма столь же необходима для клонирования, как и ДНК, которая для мамонтов уже полностью расшифрована. Конечно, замороженными находят не только мамонтов, но и шерстистых носорогов, бизонов, лошадей, росомах, пещерных львят и прочих существ — в настоящее время таких находок сотни. Просто на мамонтов обращают гораздо больше внимания. Кого привлечет мороженый суслик?
Технологии палеонтологии
Геологи и палеонтологи читают летопись истории Земли, которая расстилается буквально под нашими ногами. Для нас все горные породы — это просто камни, иногда красивые, а иногда самые обычные, но в руках ученых они становятся страницами книги, рассказывающей о тайнах нашей планеты.
Палеонтологи «читают» особые записи — окаменелости животных и растений. Не будь этих вещественных доказательств из прошлого Земли, не появилась бы наука палеонтология, и мы ничего не знали бы о древней природе. Никто не знал бы о динозаврах. Но, к нашему счастью, существуют физико-химические процессы, благодаря которым свидетельства далекого прошлого сохранились до наших дней. Хотя вид их нельзя назвать первозданным.
А что такое окаменелости? Мы очень много говорили о них и даже видели различные их виды на десятках иллюстраций, но ни разу не сказали, что же они собой представляют. Пожалуй, пришло время раскрыть этот вопрос.
Бывает, что животное гибнет внезапно: оно тонет в болоте, его засыпает оползнем или неожиданно начавшейся песчаной бурей. Случается, что тело погружается и в воду — особенно часто это происходит, естественно, с водоплавающими животными (но случается и с сухопутными в прибрежной зоне, рядом с реками или другими водоемами). Вот здесь-то и происходит самое интересное — останки погибших таким образом животных имеют все шансы стать предметом изучения палеонтологов.
В условиях отсутствия воздуха и бактерий с трупом почти ничего не происходит: он может тысячи лет пролежать в своей могиле практически неизменным. Если останки оказываются на дне водоема, то они постепенно засыпаются илом, песком и другим обломочным материалом. За миллионы лет эти отложения превращаются в камень, даже полужидкий ил становится твердым и прочным.
За это время изменяются и останки животного — в большинстве случаев мягкие ткани полностью разрушаются, но остаются кости и зубы. Зубы с костями имеют сложную структуру и химический состав, но самое главное, что в них содержатся как органические соединения, так и минералы. Органика внутри костей также разрушается — чаще всего она просто-напросто выносится просачивающимися сквозь окружающую скелет породу водами. В конечном итоге от тела животного остаются части, содержащие неорганические соединения, не поддающиеся быстрому разрушению.
На этом преобразование погибшего животного в окаменелость не останавливается. Обычно органические соединения в костях не просто разрушаются, а замещаются минералами, которые растворены в воде. Это могут быть различные соединения кальция, железа, кремния и многих других веществ. Да и те минеральные вещества, из которых состоит кость, при определенных условиях могут замещаться на другие, но это не очень расстраивает ученых, ведь замещающие минералы полностью сохраняют положение, форму и даже микроструктуру замещаемых. Проще говоря, кость остается той же костью, что и была, в ней сохраняется микроструктура и клеточное строение, однако она полностью «сделана» из горных пород.
Так что спустя миллионы лет останки животных превращаются в самый настоящий камень, отсюда и происходит название «окаменелость». Но нужно заметить, что нередко кости и зубы сохраняют свой «родной» минеральный состав, то есть каменеют не в полном смысле этого слова, однако органическое вещество в них сохраниться не может ни при каких условиях.
Иногда тело погибшего животного попадает в необычайно удачные условия и до нас доходят отпечатки мягких тканей (кожи, мускул или внутренних органов) или даже их окаменелости. В этом случае происходят процессы, близкие только что описанным, но, повторяем, сохранение даже отпечатков мягких тканей — это редкая удача.
Интересно, что довольно часто останки животного полностью разрушаются уже после того, как окружающие их отложения успели окаменеть. В этом случае внутри горных пород образуются полости, полностью повторяющие внешнюю форму останков. Такие отпечатки встречаются очень часто, они несут образы не только животных, но и растений, причем эти свидетельства могут быть очень и очень древними.
Бывает, что пустоты, оставшиеся после разрушения тела, с течением времени заполняются другими горными породами — так образуется каменный слепок погибшего животного, однако он менее информативен, чем окаменелые останки. Здесь сама природа выступает в роли скульптора, отливающего статую в глиняной форме, правда, этот процесс длится на протяжении десятков и сотен миллионов лет.
Как бы то ни было, а палеонтологи, изучающие динозавров, работают не столько с «настоящими» костями, сколько с имитирующими кости камнями. Ученые часто вынуждены извлекать одни камни из других, и этот процесс довольно труден. Работа значительно упрощается, если отложения горных пород разрушаются водой и ветром, постепенно «оголяя» содержащиеся в них окаменелости или вовсе извлекая их на поверхность земли. Такие останки доисторических организмов могут быть снова засыпаны песком, землей или илом (если окаменелости оказались в реке или море), но они не успеют окаменеть до того момента, как их найдет человек.
Однако это уже тема для другого разговора — разговора о том, как палеонтологи проводят свои раскопки.
Раскопки — черный труд и искусство
Первые окаменелости доисторических животных люди находили уже очень давно, правда, происходило это по чистой случайности, ведь земная поверхность не статична, а постоянно двигается, то вздымаясь и превращаясь в горы, то опускаясь и становясь океанским дном. А вместе с горными породами движутся и заключенные в них окаменелые останки, и те из них, что миллионы лет назад покоились на дне моря, сегодня могут оказаться буквально у вас под ногами.
Нужно сказать, что большинство окаменелостей интересующих нас динозавров обнаруживаются в тех местах, которые раньше были расположенным рядом с сушей морским дном, а также руслами рек и небольших водоемов, в том числе и болот. В горных породах, находившихся в мезозойскую эру вдалеке от моря и воды вообще, останки динозавров и других животных обнаруживаются крайне редко, а состояние их, как правило, не самое лучшее.
Как мы сказали, эти окаменелости из-за эрозии обволакивающих их горных пород могут обнажаться и попадаться на глаза людям. Но чаще останки динозавров обнаруживаются случайно, но не сами по себе — это случается в карьерах, шахтах, при рытье котлованов, строительстве дорог, прокладке каналов, тоннелей и т. д. То есть, когда человек лезет под землю, есть шанс, что там он встретит окаменелые свидетельства естественной истории Земли.
Сейчас находки подобного рода — обычное дело, ведь во всем мире не прекращается работа по прокладке дорог или освоению залежей полезных ископаемых. Так что развитие человеческой цивилизации и научно-технический прогресс (в частности, изобретение и массовое распространение автомобилей и железных дорог) повлияли на стремительное развитие палеонтологии. Хотя остается только гадать, сколько окаменелостей было не замечено, залито бетоном, покоится под дорогами и нашими домами.
Но если во время земляных работ строителями обнаруживаются окаменелости, то об этом сообщается в местные органы охраны объектов культурного наследия (по крайней мере так положено на территории России), а все работы в этом месте приостанавливаются. Дальше за дело берутся эксперты, и если они подтверждают, что находка действительно ценна, через какое-то время с ней начнут работать палеонтологи. Вот здесь-то и начинаются настоящие раскопки.
Может показаться, что выкапывать кости динозавров не очень трудно — копай себе, пока окаменелость полностью не окажется свободной. На самом деле это не так. Раскопки — это одновременно и тяжелый труд, и настоящее искусство. Судите сами: очень часто окаменелости оказываются буквально вмурованы в твердые горные породы, которые приходится разрушать с помощью отбойных молотков. Работа по извлечению окаменелостей из породы может длиться неделями, и часто дело осложняется плохими погодными условиями и отдаленностью от всего цивилизованного мира.
Однако работа лопатами и кирками — не самая сложная. Куда сложнее выкопать все кости, не упустив даже самые мелкие фрагменты, и при этом не повредить их — окаменелости часто оказываются не такими уж и крепкими, рассыпаясь даже от легкого удара. И на протяжении всего процесса раскопок ученые ведут записи, зарисовывают расположение окаменелостей, фотографируют, проводят измерения на месте и т. д.
Сам процесс извлечения окаменелостей из породы не так-то и прост. Сначала каждая кость очищается сверху, затем окапывается по периметру, после чего она оказывается прикрепленной к породе только снизу, как будто находится на пьедестале. По ходу дела в кости могут обнаруживаться трещины или пустоты — их тут же заливают клеем или полимером, тем самым предотвращая разрушение окаменелости.
Обычно, как только кость оказывается на каменном возвышении, ее сразу укрепляют с помощью пропитанной в гипсе ткани — палеонтологи делают то же самое, что и врачи, накладывая гипс на перелом. Дальше окаменелость полностью отделяют от породы и укрывают гипсом с обратной стороны.
Но вот, наконец окаменелость полностью извлечена, и теперь дело осталось за малым — транспортировать ее до музея или института. Хотя здесь трудностей не меньше, ведь иногда находки приходится везти за тысячи километров, и на всем пути ее нужно охранять от вибрации, встрясок и любых негативных воздействий. Для этого окаменелость тщательно упаковывают, не забывая делать разборчивые пометки p о том, что лежит внутри коробки.
Часто для наилучшей сохранности окаменелости снова замуровывают, но на этот раз не в горную породу, а в упомянутый уже нами гипс, или в специальный жидкий пластик — образец помещается в коробку и заливается полимером, который вскоре затвердевает. В музее эта защита легко отделяется от окаменелости с помощью специальных инструментов и химических растворов.
В особых случаях, когда порода, в которую заключены останки, слишком твердая либо сами окаменелости очень ценные, ученые просто-напросто выпиливают из породы большой блок, его транспортируют до музея, а уже там из него извлекаются кости. Бывает и так, что блок распиливается на две половины, а разрез проходит примерно по осевой линии окаменелости. В этом случае получается красивый и необычный музейный экспонат, похожий на картину.
Но чаще всего именно в музее привезенные с раскопок окаменелости полностью очищаются от породы — эта работа тоже может занять много недель. Ведь очищение проводится с помощью тонких игл и скребков, миниатюрных буров, кистей и специальных химических растворов. Палеонтологи, вооружившись лупой, миллиметр за миллиметром очищают кости, постепенно приводя их к первозданному виду (насколько это возможно). Однако бывает так, что на этой стадии ученые иногда допускают ошибки, соскребая с костей лишнее или даже уничтожая по невнимательности ценные окаменелости.
Наконец спустя какое-то время перед палеонтологами оказывается множество пронумерованных и помеченных окаменелых костей динозавра. Нередко бывает так, что эти кости кажутся никак не связанными друг с другом, а иногда они образуют легко узнаваемый скелет. Но в любом случае дальше задача состоит в том, чтобы как можно точнее воссоздать скелет и реконструировать внешний облик доисторического животного.
Реконструкция скелетов
Если вы будете в палеонтологическом музее и обратите внимание на выставленные там скелеты доисторических животных, то можете заметить, что они вовсе не костяные и не каменные. Нет, это вовсе не обман, а простое и понятное желание ученых сохранить ценную находку в целости и сохранности — для этого в музейных лабораториях делаются точные гипсовые или пластиковые копии окаменелостей, а настоящие останки хранятся в специальных хранилищах, где поддерживаются особые условия.
Хотя такое бывает не всегда — зачастую окаменелости оказываются довольно-таки прочными и могут не пользоваться помощью искусственных дублеров. Но до того момента, как скелет динозавра будет выставлен в музее, его нужно воссоздать из отдельных костей и фрагментов, полностью изучить и описать. Как раз этим и занимаются палеонтологи.
Первым ученым, который задумался над проблемой реконструкции скелетов вымерших животных, был знакомый нам Жорж Кювье — его работы в этой области появились в начале XIX в., как раз в то время, когда его соотечественников гнали русские солдаты во главе с Кутузовым. А как вообще можно воссоздавать скелеты животных, которых мы вообще никогда не видели? Непросто, но пути есть.
Кювье считается создателем сравнительной анатомии, которая как раз и лежит в основе главных методов реконструкции скелетов. Мы уже упоминали об этом вскользь, а сейчас лишь повторим: кости вымерших и современных животных очень похожи, а значит, анатомию первых можно воссоздавать с оглядкой на вторых. А если говорить научным языком, то существуют общие закономерности в строении всех животных, которые подтверждаются подавляющим большинством современных и вымерших видов.
Проще говоря, если у десяти из десяти видов животных тазовые кости похожи и скреплены совершенно одинаковым способом, то нет повода сомневаться, что у одиннадцатого вида строение таза будет иным. Или когда у всех животных позвонки разделены хрящевыми прокладками, вряд ли будет правильным думать, что этих прокладок не было у изучаемого образца, хотя здесь может встать вопрос о толщине межпозвоночных дисков, но и он решается с помощью сравнительной анатомии. Сравнивая анатомию различных живых существ, ученые устанавливают приблизительное строение неизвестных животных по их останкам.
Вот так, косточка за косточкой, сустав за суставом, собирается полный скелет погибшего миллионы лет назад животного. Когда в скелете не хватает костей или их фрагментов, ученые с помощью все той же сравнительной анатомии воссоздают вид недостающих деталей, делая их из гипса или пластика. Это, кстати говоря, доказывает верность заложенного Кювье научного подхода. Ведь часто обнаруживаются неполные скелеты, и ученым приходится многое в них «додумывать», и в большинстве случаев последующие находки подтверждают, что отсутствующие в первом скелете кости воссоздали верно.
А после того как палеонтологи определят взаимное расположение костей в откопанном скелете, остается уже чисто техническая работа — укрепить их в металлическом каркасе и выставить в музее. Конечно, качество этой работы во многом зависит от мастерства людей, которые изготовят каркас из тонких стальных прутьев и копии костей из гипса или полимеров.
Однако все это дает нам понять, каким был скелет животного, а как это животное выглядело при жизни, остается неизвестным. Но ученые не унывают и снова прибегают к сравнительной анатомии. Дело в том, что кости дают очень богатую информацию о том, как к ним прикреплялись мышцы и сухожилия, мало того — по особым отметинам на костях и их микроструктуре можно узнать, что за мышцы к ним прикреплялись.
Реконструкция мышц динозавра и расположения внутренних органов — чертовски трудная работа, в которой даже именитые палеонтологи и биологи не застрахованы от ошибок. Хотя бы вспомните метаморфозы, происходившие с игуанодоном или мегалозавром с середины XIX в. по наши дни. Просто ученые накапливали материал, что отобразилось на значительном изменении мнения о внешнем виде очень многих динозавров. Да и сейчас палеонтологи не уверены, что смогли воссоздать облик ящеров со всей достоверностью — в этом плане научные методы еще хромают, но пока ничего лучшего нет.
Поэтому, когда вы смотрите на макеты или изображения динозавров, знайте — они могут не в полной мере соответствовать действительности. Особенно это касается фактуры, окраса и узоров на коже — отпечатков внешних покровов динозавров крайне мало, а окаменелости кожи и мышц вовсе можно пересчитать по пальцам одной руки (хотя многие ученые сомневаются, что эти окаменелости настоящие, а не ошибка или выдумка).
Но это лучшее, на что сегодня способны палеонтологи, и им нужно воздать должное, ведь благодаря ученым мы знаем, кем были динозавры, вымершие около 65 млн лет назад. И для этого исследователи использовали только безмолвные окаменелости.
