57. Соль биосферы Земли

[albercul]

Лимитирующий фактор жизни

Начало: (43), (44), (45), (46), (47), (48), (49), (50), (51), (52), (53), (54), (55), (56)



15. Минеральные останки свидетельствуют

В предыдущих разделах темы «Соль биосферы Земли» я уделил главное внимание растениям, поскольку именно они, будучи первичными продуцентами органического вещества, создают материально-энергетическую основу биосферы. Теперь же возвращаюсь к тому, с чего было начато мое исследование, - к животным. Специфика животного организма состоит помимо всего прочего в наличии твёрдого минерализованного скелета (наружного или внутреннего), который даёт телу опору, защищает его от механических повреждений, а также выполняет ряд других жизненно важных функций. На образование скелета требуется большая масса строительного материала. В этой связи потребность животного организма в определённых элементах минерального питания существенно возрастает.

Тенденция к обзаведению скелетом исторически проявилась в мире животных очень рано - уже на уровне древнейших одноклеточных форм. Цитоплазматическое тело корненожек фораминифер (Foraminifera) из класса саркодовых, которые существовали на дне океанов в кембрии (а, возможно, даже и раньше) было заключено в известковую раковинку различной формы.





Их сородичи по классу - радиолярии, или лучевики (Radiolaria), известные ещё из докембрия, вели, в отличие от фораминифер, планктонный образ жизни. Они также обладали наружным минеральным ске­летом, только он был иначе сконструирован и выполнен главным образом из кремнезёма. Лёгкие и прочные (сложенные из геометриче­ски правильно расположенных игл, решёток, шаров, многогран­ников, колец и т. п.), чрезвычайно разнообразные в пределах таксона, эти изящные микроскопические творения природы не только несли защитную функцию, но и способст­вовали увеличению удельной поверхности, а стало быть, удержанию радиолярий в толще воды. [1]









Многоклеточные животные уверенно продолжили курс (особенно после так называемого кембрийского взрыва) на развитие и совершенствование минерализованных скелетных образований. Прежде всего, следует упомянуть возникших ещё в докембрии губок (Porifera, или Spongia), которые приобрели внутренний скелет, построенный из кремневых или известковых игл - спикул (одноосных, трех-, четырех-, шестилучевых и их производных).





В кембрийских морях получили широкое распространение также примитивные беспозвоночные животные, относящиеся к вымершему типу археоциатов (Archaeocyatha). Они имели известко­вый, обычно кубкообразный или рого­видно изогнутый пористый скелет (греч. kyathos - кубок) длиной в среднем 5 - 10 см (иногда до 1 м), диаметром 1,5 - 3 см (изредка до 50 см.) и вели, как и губки,
прикрепленный образ жизни.





Далее получил развитие известковый скелет у кишечнополостных животных (Coelenterata), особенно мощное - у коралловых полипов (Anthozoa).









Плеченогие (Brachiopoda) и особенно мягкотелые (Molluska) заключили свое тело в массивные известковые раковины (у моллюсков - спирально закрученные, двуствор­чатые, многокамерные и др.).







Вымершие в конце палеозоя трилобиты (Trilobita) имели известково-хитиновый панцирь. Кутикула членистоногих (Arthropoda), в том числе наземных, но особенно у морских ракообразных (Crustacea), включает значительную долю минерального компонента.



Иглокожие (Echinodermata) также имеют своеобразно устроенный минерализованный скелет, который состоит из известковых пластинок, часто образует сплошной известковый панцирь и несёт большое количество торчащих наружу, иногда очень крупных, известковых игл.





Высшим достижением на пути к всеобщей скелетизации животных стала кость - основной элемент скелета позвоночных животных (Vertebrata, или Craniata), известных с ордовика - нижнего силура. Около 50% объёма костной ткани составляют нерастворимые соли (главным образом в виде уже известного нам по агрономическим рудам кристаллов апатита). Кстати, в первой половине 19-го столетия в качестве фосфорного удобрения использовали главным образом костную муку, которая в настоящее время применяется и как минеральная подкормка сельскохозяйственных животных (для построения ими собственного скелета). Кость может образовываться у взрослых позвоночных животных не только в составе внутреннего скелета, но и вне его - в любом участке соединительной ткани (экотопическое костеобразование). Помимо скелетной опоры кость выполняет функции депо кальция и фосфора в организме позвоночных животных, отчего костная ткань постоянно обновляется и, стало быть, потребность животного организма (и без того высокая) в этих минеральных элементах возрастает ещё больше.





Наличие минерализованного скелета у животных, которые существовали в далёком прошлом, имеет три очень важных следствия.
Во-первых, породообразующее: поскольку минерализованные скелеты хорошо сохраняются в ископаемом состоянии, в отложениях земной коры с течением времени образовались осадочные горные породы - известняки, трепел (нередко они целиком состоят из скелетов радиолярий, фораминифер, коралловых полипов, моллюсков) и некоторые другие. Эти горные породы приобрели, как известно, большое хозяйственное значение, в том числе они стали использоваться как агрономические руды для производства минеральных удобрений.









Во-вторых, ископаемые остатки скелетов животных оставили вещественную историческую память о прошлом биосферы, поскольку их твёрдые минерализованные элементы (раковины, панцири, кости, зубы и т.д.), в отличие от мягких органических тканей, хорошо сохраняются во времени (особенно в водных бассейнах). Ископаемые остатки сохраняют свой первичный состав или дополнительно минерали­зуются в процессе фоссилизации (окаменения), т. е. замещения твёрдых (реже мягких) частей организма минеральными веществами, которыми могут быть пирит, кварц, углекислый кальций и др. Кроме того, твёрдые минерализованные скелеты животных в случае своего разрушения (что случается чаще в подверженных гипергенезу наземных условиях) успевают оставить, в отличие от мягких органических тканей, хорошие отпечатки как на поверхности (экзоглифы), так и внутри осадочных пород (эндоглифы).

Палеонтологическая летопись стала основным документом для восстановления истории развития отдельных групп животных: времени появления и вымирания, темпов эволюции, филогении, расширения и сужения ареалов, миграций и т. д. После палеозоологических работ В.О. Ковалевского (позвоночные животные) и М. Неймайра (беспозвоночные животные) теория биологической эволюции Ч. Дарвина приобрела ту вещественную базу, в которой она так сильно нуждалась.

По объекту исследования палеонтология - наука биологи­ческая, но возникла она и стала развиваться в теснейшей взаимной связи с геологией, широко пользующейся дан­ными палеонтологии и вместе с тем служащей для неё достоверным источником    разнообразной   информации об условиях жизни в прошлые времена. Будучи главным потребителем результатов палеонтологических исследований, геология в свою очередь, ставит перед ними новые и всё более сложные задачи. Именно эта связь и сделала палеонтологию целостной наукой о развитии живой природы в геологическом прошлом. Без неё невозможно понимание истории биосферы, смены палеобиосфер и становления современной биосферы.

Сама же геология приобрела значение подлинно исторической науки только с возни­кновением стратиграфии на рубеже 18 и 19 вв., когда был найден способ определения относительной хронологии геологических образований по ископаемым остаткам животных организмов. Важнейшими руководящими ископаемыми при этом стали: фораминиферы (начиная с девона), археоциаты, плеченогие (палеозой), три­лобиты (нижний палеозой),   аммоноидеи (девон - мел), белемниты (юра - мел), граптолиты (нижний палеозой), конодонты (ордовик - триас), двустворчатые моллюски (с карбона), остракоды и конхостраки (с девона), земноводные (пермь, триас), пресмыкающиеся (пермь - мел), млеко­питающие (с мела). Палеонтологический метод в геологии (его часто называют биостратиграфическим) стал основным при определении границ и продолжительности эр, периодов, эпох и других подразделений геохронологической шкалы.

Наконец, в-третьих. Не только представление о былых биосферах, но и собственная наша история (антропогенез) как биологического вида Homo sapiens построена главным образом на палеонтологическом материале. Ископаемые остатки минерализованных скелетов позволяют достоверно определить наше собственное место в истории животного мира, исследовать тот путь, по которому шла эволюция высших приматов.

В 20 - м веке на африканском, европейском и азиатском континентах было найдено огромное количество иско­паемых остатков высших приматов и чело­века (гигантопитеков, австралопите­ков, питекантропов, неандертальцев и т. д.). На основании собранного фактического материала возникла палеоант­ропология - наука, которая изучает костные останки иско­паемых людей (Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens) и близких родичей чело­века - высших приматов. Исследования в области палеоантропологии охватывают эпохи палеолита и неолита. Важными методами антропологических исследований стали основанные на костной ткани краниология, остеология, одон­тология.









Фактический материал палеоантропологии позволил русскому геологу А.П. Павлову (1922) выделить последний из геологических периодов (от возникновения рода Homo до современности) продолжительностью, по разным оценкам, от 1,8 до 5,5 млн. лет, и назвать его антропогеном.

[1] Значительно позднее (в юрском периоде) появились одноклеточные диатомовые водоросли (Diatomeae), сопоставимые по размерам с фораминиферами и радиоляриями, тело которых было заключено в твёрдую двустворчатую кремнезёмную оболочку - панцирь. В кайнозое, появились одноклеточные водоросли кокколитофориды (Coccolithales), тело которых было покрыто мелкими известковыми плас­тинками (кокколитами), имевшими видоспецифичную форму.