Биология - Кембрийский взрыв - Источники информации

09 февраля 2011


Оглавление:
1. Кембрийский взрыв
2. Источники информации
3. Палеонтологические свидетельства
4. Выводы
5. Возможные причины «взрыва»



Построение точной хронологии событий на границе между докембрием и ранним кембрием представляет значительную трудность. В силу этого описания последовательности и взаимосвязи тех или иных явлений в рамках обсуждения Кембрийского взрыва следует рассматривать с определённой осторожностью.

  • Абсолютная датировка радиометрическим методом, стала доступна лишь недавно и лишь в нескольких регионах. Кроме того, погрешность этого метода довольно велика и составляет 1—2 %, что для кембрийских отложений соответствует неопределённости в ±7 млн лет. — отклонение, сравнимое с продолжительностью всего Кембрийского взрыва.
  • Относительная датировка часто является наилучшим методом изучения эволюционных процессов. Однако при использовании этого метода проблемы возникают при сопоставлении геологических отложений в разных регионах. Эти трудности особенно велики при изучении периода на границе докембрия и кембрия. Дело в том, что большинство техник соотнесения геологических данных основаны на анализе окаменелостей организмов, которые были широко распространены по всему миру, причём обнаруживаются лишь в течение короткого периода. Недостаточность подобных «маркеров» непосредственно перед началом Кембрия делает сопоставление данных проблематичным.

Помимо проблем с датировкой, изучение событий на границе кембрия затруднено нехваткой самого палеонтологического материала. К сожалению, чем дальше отстоит от нас исследуемый период, тем менее доступны для изучения его окаменелости. Среди прочего, причинами этого являются:

  • эрозия и позднейшие геологические наслоения.
  • Изменения химического состава отложений. Известно, что отдельные виды животных, либо части их тел, относительно хорошо сохраняющиеся в одном окружении, могут вообще не сохраняться в другое время и при других условиях. Отчасти это связано с изменениями химических процессов в океанах, на которые, в свою очередь, воздействует процесс эволюции жизни. Такие изменения были весьма существенны перед началом кембрия: например, рост биомассы морских организмов понижает концентрацию углерода, а распространение губок — кремния  в морской воде.
  • Несохранение мягкотелых организмов. В большинстве случаев в окаменелости попадают высокоминерализованные части тела, имеющие высокую долю кремния, карбоната кальция или фосфата кальция. К примеру, большинство современных животных вряд ли смогут сохраниться в виде окаменелостей, поскольку они являются мягкотелыми, такими как черви. Из более чем 30 ныне существующих типов представители двух третей никогда не обнаруживались в ископаемых останках.

Останки живых организмов

Наряду с окаменелостями, кембрийские отложения содержат необычно высокое число месторождений, сохранивших отпечатки мягких частей тел различных организмов. Такие отпечатки позволяют детально изучить животных, которые не сохраняются в виде окаменелостей, а также внутреннее устройство и функционирование организмов, которые обычно представлены только раковинами, шипами, когтями и т. д.

В Кембрии наиболее важными месторождениями являются: раннекембрийские

  • Маотяньшань в Чэнцзяне;
  • Сириус Пассет ;

среднекембрийские

  • Сланцы Бёрджесс;

и верхнекембрийское месторождение

  • Орстен.

Хотя все эти месторождения превосходно сохранили анатомические детали организмов, и они далеки от совершенства. Большая часть кембрийской фауны, возможно, вообще в них не представлена, поскольку месторождения формировались в специфических условиях. Вдобавок к этому, известные месторождения покрывают лишь ограниченный период кембрия и не затрагивают важнейшее время непосредственно перед его началом. Поскольку хорошо сохранившиеся захоронения вообще редки, а месторождения окаменелостей — крайне редки, весьма маловероятно, что в них представлены все типы существовавших организмов.

Окаменелые следы, оставленные живыми организмами

Окаменелые следы состоят, главным образом, из дорожек и норок, оставленных на морском дне. Такие следы крайне важны, поскольку они предоставляют исследователю данные об организмах, чьи тела не сохранились в окаменелостях. Зачастую только они позволяют изучить организмы, относящиеся к периоду, от которого не сохранились останки животных, способных оставить такие следы. Хотя точное соотнесение следов с оставившими их организмами, как правило, невозможно, следы могут служить наиболее ранним доказательством существования относительно сложных животных.

Геохимические наблюдения

В геологических породах, относящихся к границе и начальному периоду кембрия, отмечены сильные колебания изотопного состава трех элементов — стронция, серы и углерода.

Углерод имеет 2 стабильных изотопа, углерод-12 и более редкий углерод-13. В среднем доля C составляет около 1,07 %. Однако, поскольку химические взаимодействия управляются электромагнитными силами, более легкие изотопы участвуют в них активнее, чем более тяжелые. Таким образом, в составе живых организмов доля изотопа C оказывается на 5 %-25 % ниже среднего значения — фактически, биомасса выступает в роли насоса, избирательно «выкачивающего» C из неорганической среды.

Причинами, наиболее часто приводящими к росту доли C в геологических породах, являются:

  • Массовое вымирание. Массовые вымирания организмов должны непосредственно повышать долю изотопа C в составе отложений и таким образом уменьшать соотношение C/C. Следующее за вымиранием падение продуктивности «биологического насоса» вновь снижает концентрацию C в геологических породах.
  • Высвобождение метана. В вечной мерзлоте и на континентальном шельфе вырабатываемые бактериями молекулы метана удерживаются в «клетке» из молекул воды, формируя смесь, называемую клатрат метана. Будучи произведен живыми организмами, этот метан обогащен изотопом C. По мере роста температуры или падения атмосферного давления, клатраты распадаются. Подобный распад высвобождает в атмосферу запасенный метан, обогащенный углеродом-12. В атмосфере метан преобразуется в диоксид углерода и воду, причем диоксид углерода взаимодействует с минералами, формируя углеродсодержащие породы с избытком углерода-12. В результате изотопный состав геологических отложений смещается в сторону C.

Сравнительная анатомия

Кладистика — это метод построения «эволюционного дерева» организмов, чаще всего — путем сопоставления их анатомического строения. При помощи такого анализа можно сопоставлять между собой как современные, так и ископаемые организмы для установления хода их эволюции. В ряде случаев можно заключить, что группа A должна была появиться раньше групп B и C, поскольку те имеют больше сходства между собой, чем с A. Сам по себе этот метод ничего не говорит о времени, когда происходили изменения, однако он способен восстанавливать последовательности эволюционного развития организмов.

Молекулярная филогенетика

Молекулярная филогенетика пытается реконструировать связи между организмами путем анализа и сравнения их биохимического строения. Другими словами, она является приложением методов кладистики к биохимии, а не анатомии организмов. Это дает альтернативные свидетельства эволюции в кембрии и докембрии, хотя необходимость их сопоставления с данными, полученными при анализе окаменелостей, не позволяет говорить о «полной независимости» этих методов друг от друга. Кроме того, поскольку «часами» молекулярной филогенетики являются только сами биохимические изменения, эти данные без их сопоставления с палеонтологической летописью не всегда оказываются пригодны для хронологических оценок.



Просмотров: 13358


<<< Девонское вымирание
Маммализация териодонтов >>>