Палеонтологія

Палеонтологія розглядає широкомасштабні еволюційні закономірності шляхом відстеження походження та долі родових ліній та основних груп, змін у характеристиках та взаємозв’язках еволюційних родових ліній, а також тимчасових коливань у видовому різноманітті за допомогою скам’янілостей.

Пов’язані терміни:

Кладистика
Екологія
Мікробіологія
Геологія
Хребетні
Біорізноманіття
Фауна
Місця проживання
Гарячі джерела

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Еволюція, теорія

III.C. Еволюційна палеонтологія

Палеонтологія розглядає широкомасштабні еволюційні закономірності, відстежуючи походження та долі родових ліній та основних груп, зміни характеристик та взаємозв’язків еволюціонуючих родових ліній та тимчасові зміни у видовому різноманітті за допомогою скам’янілостей. Однак палеонтологи можуть оцінити ці зміни лише шляхом зміни розмірів тварин. Отже, палеонтологія не може розглянути різноманітність чи наслідки еволюції фізіології організму, лише її закономірності.

Геобіологія та копалини: еукаріоти, мікроби та їх взаємодія

1. Вступ

Палеонтологія, вивчення скам’янілостей, є потомком геології та біології, гібрид, який відрізняється від біології тим, що її дані (скам’янілості) перетворилися на камінь, а з геології, оскільки вона задає біологічні питання, а також геологічні. Припливи і відливи палеонтології змінювались протягом століть від акценту на відповіді на геологічні питання, такі як розвиток геологічного масштабу часу, до відповідей на біологічні питання, такі як з’ясування макроеволюційних процесів.

Історія серйозних досліджень сягає, принаймні, у ХVІІ століття (Rudwick, 1985), імовірно, що палеонтологія є основною дисципліною геобіології. Вона зосереджена насамперед на історії еукаріотичного життя на Землі та еволюційних процесах, які формували цю історію через глибокий час. Зокрема, викопні та стратиграфічні записи кодують значну частину історії та докази тривалих еволюційних процесів, які сформували сучасну біосферу Землі. Значна частина того, що ми знаємо про копалини, була вивчена завдяки інтенсивним зусиллям у пошуку природних ресурсів, включаючи розробку відносного геологічного масштабу часу. Більша частина цих біостратиграфічних зусиль була досягнута шляхом вивчення викопних еукаріотів, яке, таким чином, було в основному обмежене фанерозоєм, де є викопні записи організмів з оболонками та кістками (наприклад, Беррі, 1987).

Палеобіологія склалася в 1970-х і 1980-х роках, коли фанерозойські еукаріотичні палеонтологи почали все частіше задавати біологічні питання щодо викопних даних (наприклад, Schopf, 1972; Valentine, 1985). У цей час докембрійська палеобіологія також розквітала як основний науковий інтерес. Тут було зроблено новий акцент на вивченні викопних мікробів та їх осадових структур - строматолітів. З акцентом на розумінні ранньої еволюції життя, докембрійська палеобіологія розвивалася майже як окрема культура від фанерозойської еукаріотичної палеобіології (наприклад, Шопф і Кляйн, 1992; Бенгтсон, 1994; Шопф, 1999; Knoll, 2003).

Протягом 1970-х та 1980-х рр. Також було досягнуто швидкого прогресу в різних геохімічних підходах, можливо, найбільш помітних стабільних дослідженнях ізотопів (наприклад, Hoefs, 1997). Ці дослідження були зосереджені на розумінні змін клімату та навколишнього середовища в молодих частинах історії Землі шляхом аналізу різних компонентів викопних та стратиграфічних даних (наприклад, Corfield, 1995). Повільно, але неухильно, ці підходи були поширені назад у часі, глибоко в докембрій, і дали унікальне джерело даних про довкілля та еволюцію життя. Такі геохімічні підходи були надзвичайно корисними для розуміння природи фанерозойського та докембрійського океанів та атмосфер, а геохімічні дані мають вирішальне значення для визначення умов таких чудових явищ, як Земля Сніжної кулі (наприклад, Hallam and Wignall, 1997; Knoll, 2003).

Палеонтологія також зазнала сплеску дослідницького інтересу до вивчення сучасного середовища та організмів, щоб зрозуміти палеоекологію (наприклад, Schäfer, 1972). Спочатку це значною мірою було зумовлено пошуками природних ресурсів, зокрема нафти. Однак цей напрямок досліджень розширився, оскільки еукаріотичні палеоекологи намагалися зрозуміти вплив біотурбації на відклади та осадові породи та значення слідів викопних копалин (наприклад, Frey, 1975; Bromley, 1996). Супутні дослідження, які зазвичай проводили докембрійські палеобіологи, прагнули зрозуміти роль, яку відіграють мікроби у створенні осадових структур, таких як строматоліти (наприклад, Golubic, 1991). Дослідження сучасного середовища також зосереджували увагу на процесах, що ведуть до збереження мінералізованих скелетів, як частини широкого поля тафономії (наприклад, Behrensmeyer and Hill, 1980; Weigelt, 1989; Allison and Briggs, 1991a; Martin, 1999; Di Renzi та співавт., 2002), з кінцевою метою зрозуміти, як було створено запаси копалин. Нещодавно ці напрямки досліджень розробились, щоб створити питання про те, як навколишнє середовище впливає на еволюцію, в рамках широкої компетенції еволюційної палеоекології (наприклад, Allmon and Bottjer, 2001).

Відкриття позаземного іридію в руслі на межі Крейдяно-третинного періоду Альварезами на початку 1980-х рр. Заснувало сучасне дослідження масових вимирань (наприклад, Alvarez, 1997). З потоку досліджень, що відбулися, ми дізналися, що широко розповсюджений екологічний стрес може виникнути протягом дуже короткого проміжку часу через вплив позаземних болідів (наприклад, Koeberl and MacLeod, 2002). Оцінка масових вимирань внесла великий внесок у розуміння еволюції та історії життя. Вивчення скам'янілостей масового вимирання та пов'язані з ними дані фанерозойськими еукаріотичними палеобіологами та земними вченими загалом сильно посилили обізнаність про позаземний вплив життя на Землі.

Дослідження викопних відомостей про життя Едіакарану та кембрійський вибух відтіснили фанерозойських еукаріотичних палеонтологів та седиментологів назад у докембрій і змусили їх більше думати про мікроби (наприклад, Seilacher, 1999; Bottjer, 2002). Викопні копалини Едіакари, як правило, пізнього неопротерозойського віку, є одними з найвидатніших викопних біот, відомих із стратиграфічних записів. Це випливає з того факту, що, як вважається, ця біота включає скам’янілості деяких найдавніших великих організмів, про природу яких багато дискутували. Оскільки організми Едіакара зазвичай мешкали на морському дні, вкритому мікробними килимами, вони в основному були пристосовані до середовища, структурованого мікробами (наприклад, Seilacher, 1999; Seilacher et al., 2003). Подібним чином, як обговорювалося пізніше, їх незвичний спосіб консервації значною мірою контролювався мікробними процесами (Gehling, 1999).

Нервові системи ранніх ссавців та їх еволюція

Анотація

Еволюція - це “факт”

Викопні записи

Палеонтологія була елементарною наукою до 18 століття і поступово дозрівала на початку 19 століття за часів Дарвіна. Значні частини геологічної спадкоємності шаруватих порід були невідомі або недостатньо вивчені до середини 19 століття. Тому Дарвін стурбований рідкістю проміжних форм між основними групами організмів. Антиеволюціоністи і тоді, і зараз сприймали це як слабкість еволюційної теорії. Хоча прогалини в палеонтологічних записах зберігаються і сьогодні, багато з них були заповнені ще за часів Дарвіна. Палеонтологи виявили та вивчили викопні рештки багатьох тисяч організмів, що жили в минулому. Цей копалин свідчить, що багато видів вимерлих організмів за своєю формою сильно відрізнялися від будь-яких, що живуть зараз. Він також показує послідовності організмів у часі, демонструючи їх перехід від однієї форми до іншої.

Коли організм гине, його зазвичай розкладають бактерії та інші форми життя, а також процеси вивітрювання. У рідкісних випадках деякі частини тіла - особливо тверді, такі як черепашки, зуби чи кістки - зберігаються, ховаючись у грязі або захищаючись якимось іншим чином від хижаків та негоди. Зрештою, вони можуть закам’яніти і зберегтись на невизначений час разом із скелями, в які вони вбудовані. Такі методи, як радіометричне датування - вимірювання кількості природних радіоактивних атомів, що залишаються в певних мінералах, щоб визначити час, що минув з моменту їх утворення - дають змогу оцінити період часу, коли утворилися гірські породи та скам'янілості, пов'язані з ними.

Радіометричне датування вказує на те, що Земля сформувалася приблизно 4,5 мільярда років тому. Найдавніші відомі скам’янілості нагадують мікроорганізми, такі як бактерії та археї (див. Розділ 3); найдавніші з цих скам’янілостей з’являються в гірських породах 3,5 мільярда років. У скелях віком близько 540 мільйонів років з’являються численні скам’янілості, що належать до багатьох живих видів та містять мінералізовані скелети. Ці організми відрізняються від організмів, що живуть зараз, і від тих, що живуть у проміжні часи. Деякі настільки кардинально відрізняються, що палеонтологи створили нові типи (філи - найбільша таксономічна категорія організмів) для їх класифікації.

Мікробне життя найпростішого типу (тобто прокаріоти, клітини, ядерна речовина яких не обмежена ядерною мембраною) існувала вже більше 3 мільярдів років тому. Найдавніші дані, що свідчать про існування більш складних організмів (тобто еукаріотичних клітин із справжнім ядром), були виявлені у скам’янілостях, запечатаних у кремезних породах приблизно 1,4 мільярда років, але, як вважають, такі складні клітини виникли ще у 2000 мільйонів років тому. Більш розвинені форми, такі як справжні водорості, гриби, вищі рослини та тварини, були виявлені лише в молодих геологічних шарах. Перші багатоклітинні тварини з’явилися приблизно 670 мільйонів років тому, в едіакарський період. Перші хребетні (тварини з хребтами) з’явилися десь до 500 мільйонів років тому; перші ссавці близько 250 мільйонів років тому (табл. 2.1).

Таблиця 2.1. Геологічна шкала часу від 700 мільйонів років до наших днів, показуючи основні еволюційні події

Послідовність спостережуваних форм і той факт, що всі, крім перших у списку (прокаріоти), побудовані з одного і того ж основного клітинного типу, суворо вказує на те, що всі ці основні категорії життя (включаючи тварин, рослини та гриби) мають спільне походження в перша еукаріотична клітина. Більше того, було так багато відкриттів проміжних форм між рибами та земноводними, між земноводними та плазунами, між плазунами та ссавцями та навіть вздовж лінії сходження приматів від мавп до людей, що часто важко категорично визначити, де відбувається перехід від одного до іншого конкретного роду або від одного до іншого конкретного виду. Майже всі скам'янілості можна розглядати як проміжні продукти в якомусь сенсі; вони є формами життя, які перебувають між формами предків, що передували їм, і тими, що послідували за ними.

Таким чином, скам'янілість дає переконливі докази систематичних змін у часі - зниження з модифікацією. З цієї послідовної сукупності доказів можна передбачити, що в майбутніх палеонтологічних дослідженнях не буде знайдено жодних змін: тобто земноводні не з’являться перед рибами чи ссавцями перед рептиліями, і в геологічних записах до найдавніших еукаріотичних клітин не відбудеться складного життя.

Хоча деякі креаціоністи (прихильники прямого творіння Богом кожного і кожного з усіх живих видів) стверджували, що геологічний запис із впорядкованою послідовністю викопних копалин є продуктом єдиного вселенського потопу кілька тисяч років тому, який тривав трохи довше року і охоплював найвищі гори на глибину близько 7 м, є чіткі докази у вигляді міжпливних та наземних відкладів, що жодного зафіксованого часу в минулому вся планета не була під водою. Більше того, для всесвітньої повені достатньої величини для осадження існуючих товщ, які разом мають товщину багато кілометрів, знадобиться об’єм води набагато більший, ніж коли-небудь існував на Землі та на Землі, принаймні з моменту утворення першої тверда кора приблизно 4 мільярди років тому. Віра в те, що весь цей осад з його скам'янілостями осідав впорядковано послідовно лише за рік, не піддається всім геологічним спостереженням і фізичним принципам. Були періоди надзвичайно високих опадів, і відбулося велике підтоплення населених районів, але немає наукової підтримки гіпотези про загальну повені гірських вершин.

Таким чином, загальна послідовність скам’янілостей вже була визнана ще до того, як Дарвін задумав свою теорію походження з модифікацією або еволюцією шляхом природного відбору, як ми зазвичай говорили. Палеонтологи та геологи до Дарвіна (включаючи Чарльза Лайєлла) використовували послідовність скам’янілостей у гірських породах не як доказ біологічної еволюції, а здебільшого для відпрацювання вихідної послідовності шарів порід, які були структурно порушені землетрусами та іншими силами. Тим не менше, за часів Дарвіна палеонтологія була ще рудиментарною наукою. Великі частини геологічної сукцесії багатошарових порід були невідомі або недостатньо вивчені.

Викопні дані ще неповні. З невеликої частки організмів, що збереглися як скам'янілості, лише незначна частина була відновлена і вивчена палеонтологами, хоча в багатьох випадках послідовність форм з часом була реконструйована досить детально. Одним із прикладів є еволюція коня, яку можна простежити за твариною розміром із собаку з кількома пальцями на кожній нозі та зубами, придатними для перегляду (поїдання ніжних пагонів, гілочок та листя дерев та чагарників); ця тварина, яку називають світанковим конем (наукова назва Hyracotherium), жило більше 50 мільйонів років тому. Найновіша форма, сучасна коня (Equus), набагато більша, однопала і має зуби, придатні для випасу (поїдання зростаючих трав). Перехідні форми добре збереглися як скам'янілості, як і інші види вимерлих коней, які еволюціонували в різних напрямках і не залишили живих нащадків (рис. 2.1).

Рисунок 2.1. Еволюція коня. Найбільш раннім предком, який показали, є Гіракотеріум, який жив 50 мільйонів років тому і був маленьким, розміром із собаку. Послідовні види ставали більшими і мали різний зубний ряд і менше пальців ніг, оскільки вони пристосовувались до різних дієт і способів життя. Гілки на лівій стороні фігури представляють види, що жили в різний час, більшість з яких вимерли. Ширина гілок відповідає чисельності виду.

Надано Енциклопедією Britannica, Inc.

За допомогою відновлених скам’янілостей палеонтологи відновили приклади радикальних еволюційних переходів за формою та функціями. Наприклад, нижня щелепа плазунів складається з декількох кісток, а у ссавців - лише одна. Інші кістки щелепи рептилій еволюціонували в кістки, які зараз знаходяться у вусі ссавців. Спочатку такий перехід здавався б малоймовірним - важко уявити, яку функцію могли мати такі кістки під час їх проміжних стадій. Проте палеонтологи виявили дві перехідні форми ссавцеподібних рептилій, звані терапсидами, які мали подвійний щелепний суглоб (тобто дві шарнірні точки поруч) - один суглоб, що складається з кісток, що зберігаються в щелепі ссавців, а інший складається з квадратні та суглобові кістки, які з часом стали молотком і ковадлом вуха ссавців (Сімпсон, 1949, 1961 Сімпсон, 1949 Сімпсон, 1961).

Для скептично налаштованих сучасників Дарвіна «відсутність ланки» - відсутність будь-якої відомої перехідної форми між мавпами та людьми, або між рибами та земноводними, або між рептиліями (динозаврами) та птахами - було бойовим кличем, як і залишалося для неінформованих людей згодом. З тих пір не одне, а багато істот, що проміжні між живими людиноподібними мавпами та людьми, були виявлені скам’янілими. Найдавнішим відомим викопним гомінінам - тобто приматам, що належать до людського роду після того, як він відокремився від роду, що йде до мавп, - 6–7 мільйонів років, вони походять з Африки і відомі як Сахелантроп та Оррорін (або Прееантроп). Вони були переважно двоногими, перебуваючи на землі, але мали дуже маленький мозок. За минуле століття і дотепер були знайдені численні викопні рештки гомінінів, які є проміжними між Орроріном і сучасними людьми, особливо щодо розміру мозку, який збільшується з приблизно 300-400 куб. См у ранніх гомінінах до 1300-1400 куб. сучасні люди (глава 5).

Зооархеологія

Стів Вулвертон, Ліза Нагаока, з етнозоології, 2018

Правило 5: Напишіть систематичну палеонтологію

Систематична палеонтологія - це звіт, який представляє детальний опис того, як відбувається процес ідентифікації певної фауни (Lyman, 2002). У цьому звіті міститься інформація про те, як було здійснено контроль якості під час фауністичного аналізу таким чином, що інші археологи, які прагнуть використовувати ці дані, можуть оцінити їх якість. В ідеалі звіт містить інформацію про довідкові колекції, які використовувались, деталі морфологічних та біометричних критеріїв, що використовуються для складання елементів та таксономічних ідентифікацій, а також обґрунтування того, чому ідентифікація того чи іншого таксону є виправданою. Такі звіти є місцем, де процедури контролю якості чітко роз'яснюються, але їх, як правило, важко опублікувати в наукових журналах. Систематична палеонтологія може бути опублікована як глава або додаток до дисертації або дисертації, може бути включена як додатковий онлайн-матеріал, може бути самоархівована через веб-сервіси наукових мереж (наприклад, researchgate.net або academia.edu) та/або можуть бути передані в цифровому вигляді з даними, отриманими в результаті аналізу з використанням цифрової бібліотеки та архівуючих ресурсів (наприклад, Відкритий контекст).

Викопні записи

3.5 Висновки

Грибкові взаємодії

Томас Н. Тейлор,. Едіт Л. Тейлор, у “Викопні гриби”, 2015 рік

Гриби в яйцях

Відкриття в палеонтології часто є випадковими. Одним з них є збереження грибів з раннього крейдяного яйця черепахи з Китаю (Jackson et al., 2009). Грибні залишки, збережені разом з цим яйцем, включають розгалужені септичні гіфи, конідіофори, що підтримують множинні фіаліди, та ланцюжки до п'яти базопітальних конідій. Морфологія викопного гриба подібна до існуючих таксонів роду Penicillium. Вважається, що ця асоціація дає підказки щодо палеоекологічних взаємодій, пов’язаних із зчепленням. Також у сучасних яйцях і гніздах черепах повідомлялося про наявність різноманітної мікобіоти (наприклад, Phillott et al., 2004; Güçlü et al., 2010).

Малюнок 12.14. Поверхня викопного зуба, що показує розточування в емалі Mycelites sp. Юра, Великобританія. Бар = 50 мкм.