Как понять что кость окаменевшая
Как определяют возраст окаменелостей?
Как определить возраст ископаемого? Сколько тысяч или миллионов лет назад жил найденный организм? Как определили, какому периоду принадлежит формация? У геологов и палеонтологов есть два основных метода датирования: относительный и абсолютный. Относительный метод быстрее, но менее точный. При относительной датировке используются уже изученные организмы, породы и формации. Для абсолютной датировки нужна лаборатория, чтобы изучить находку. Зная скорость распада определённых изотопов, и насколько они распались, мы можем достаточно точно определить возраст организма или, что чаще, породы, в которой он был обнаружен.
Относительный метод
Относительный метод датирования используется, когда мы знаем что и где нашли. Например, мы нашли зуб тираннозавра из формации Хелл Крик. Нам не нужна лаборатория для установки точного возраста. Нам известно, когда жил тираннозавр, и какой период охватывает формация Хелл Крик.
Но что делать, если перед нами неисследованные слои горных пород? В этом случае к нам на помощь приходят так называемые индексные окаменелости. Как правило, это специфичные организмы, свойственные только определённому периоду. Их возраст уже определён абсолютным методом. Например, брахиоподы являются ценными индексными окаменелостями. Благодаря этим беспозвоночным мы можем определить не только возраст пород, но и физико-географическую обстановку изучаемой области. Так, найденные в 2014 году на берегу реки Шидерты брахиоподы подсказали исследователям, что возраст пород 345-400 млн лет, а область представляла из себя тёплое море со среднегодовой температурой от +5 до +25 градусов. Соответственно, остатки других организмов, найденные в одном слое с этими брахиоподами, будут также датироваться девонским периодом.
Можно использовать и несколько индексов. Представим, что мы нашли формацию, в которой сохранились уже известные нам брахиоподы, с возрастом 345-400 млн лет. В тех же слоях рядом с брахиоподами мы находим и трилобитов, датируемых 410-390 млн лет назад. Несложная арифметика и мы получаем возраст формации от 400 до 390 млн лет.
Также в относительном методе датирования стоит помнить, что слои накладываются последовательно. Если мы нашли окаменелости, возраст которых знаем, то слой над ними будет моложе, а слой под ним – старше.
Абсолютный метод
Точное определение возраста окаменелостей при абсолютном методе датирования происходит при помощи радиометрии (радиоизотопное датирование). В радиометрии используются различные радиоактивные изотопы, которые работают как часы. Равномерный радиоактивный распад изотопов может помочь нам установить очень точный возраст пород различных геологических эпох. От орудий наших предков до точного возраста самой планеты.
Чаще всего в определении возраста ископаемого нам помогают вулканические породы, которые накладываются слоями. Установив датировки для вулканических слоёв под и над окаменелостью, мы можем указать возраст найденных остатков.
Сложность абсолютного метода в том, что мы не всегда можем найти нужный нам изотоп для той или иной эпохи. Например, когда речь заходит о радиоизотопном методе датирования, первым в голову приходит радиоуглеродный анализ. Но он очень редко используется для датирования окаменелостей, степень его точности хороша для остатков моложе 60 000 лет. За это время изотоп C-14 проходит 10 циклов полураспада и уменьшается в 1000 раз.
Период полураспада — это время, за которое из некоторого количества изотопов распадается половина. Для изотопа C-14 — это 5730 ± 40 лет. То есть за 5730 лет изотоп распадается наполовину, ещё за 5730 лет наполовину распадается оставшаяся его часть и так далее.
Но что делать, если нам нужно установить возраст в миллионы и сотни миллионов лет? Для этого существуют другие методы, в которых используются другие изотопы.
Уран-свинцовый анализ предполагает использование изотопов урана: уран-235 или уран-238. Уран-свинцовый метод один из самых старых и хорошо изученных способов датировать породы возрастом в сотни миллионов и миллиарды лет. Точность данного метода очень велика, для пород возрастом 2 млрд лет погрешность будет ± 2 млн лет (0,1%). Одно из преимуществ данного метода, это большой охват возраста. Полураспад урана-235 с его превращением в свинец-207 имеет период в 700 млн лет, а урана-238 в свинец-206 – 4,5 млрд лет. Иногда используется уран-торий-свинцовый метод с изотопом торий-232. Превращение тория-232 в свинец-208 имеет период в 14 млрд лет.
Свинец-свинцовый анализ изучает наличие трёх изотопов в породах: свинец-206, свинец-207 и свинец-204. Используется данный метод для определения возраста метеоритов и пород, утративших изотопы уран-235 и уран-238. Благодаря свинец-свинцовому методу определили возраст Земли. Соотношение свинца-207 к свинцу-206, как результатов распада урана-235 и урана-238 соответственно, в породах Земли и метеоритах подсказало дату образования планеты. На сегодняшний день самая точная цифра – 4.567.200.000 ± 600.000 лет.
Калий-аргоновый анализ хорош тем, что калий встречается во многих материалах: слюде, глинистых минералах, вулканических осадках, эвапоритах. Из-за длительного периода полураспада, калий-аргоновый метод используется для датировки окаменелостей возрастом более 100 000 лет.
Это далеко не все способы определить возраст находки, как относительные, так и абсолютные. У нас не возникает сложностей, когда требуется датировать окаменелость, вид и место обнаружения которой известны. Сложнее, когда образец утратил или вовсе не имеет точных данных о месте обнаружения. Это относится к старым музейным экспонатам, находкам палеонтологов-любителей или изъятым у чёрных копателей окаменелостям.
Что такое окаменелость?
Увлекающиеся палеонтологией, наверняка знают, что такое фоссилизация и собственно фоссилии, ископаемые или окаменелости. Фоссилизация представляет собой комплекс физических и химических процессов, которые превращают живые организмы в окаменелость. Ни для кого не секрет, что фоссилизация занимает тысячи, а то и десятки тысяч лет. Но давайте разберём эту тему подробнее. Узнаем о протекающих процессах, о том, какие условия нужны и какие уникальные фоссилии мы можем найти.
Что такое фоссилизация?
Фоссилизация – длительный процесс замещения тканей живых организмов минералами. После захоронения останков животного или растения, пустоты в них заполняются грунтовыми водами с последующей минерализацией. Таким способом очень хорошо сохраняются небольшие организмы, которые быстро покрываются различными осадками – илом или песком. Благодаря минерализации до нас доходит подробное строение, например, крохотных птерозавров, вплоть до деталей организации перепонки крыльев. Крупные организмы не могут быстро покрыться необходимым слоем и успевают сильно разрушаться, прежде чем окаменеть. Потому мы знаем структуру пера небольших птиц, но мало что знаем о крупных зауроподах.
Сохранность фоссилий зависит и от времени, когда существовал организм. Чем древнее породы, тем большей эрозии (разрушению) они подвергались. Кембрийских отложений (540-485 млн лет назад) в разы меньше неогеновых (23-2,5 млн лет), и как следствие, мы имеем в разы меньше сохранившихся организмов кембрийского периода.
Условия, необходимые для фоссилизации
Условия могут быть совершенно разными, но важно изолировать организм от воздействия окружающей среды и различных микроорганизмов. Идеальными условиями в плане сохранности организмов могут обладать как жаркие и сухие пустыни и ледяные пустоши, так и влажные болота или реки с толстым слоем ила. Полные скелеты крупных животных, что насчитывают миллионы лет, палеонтологи находили и в вечной мерзлоте, и в толщах песчаника. Одной из самых впечатляющих находок стал мозг игуанодона возрастом более 130 млн лет с хорошо сохранившимися сосудами и тканями. Удачное стечение обстоятельств похоронило мозг в кислотной среде болот до того, как ткани начали разлагаться и пожираться бактериями. Не менее грандиозной находкой стали и мамонтята Люба и Хрома. Сегодня они хорошо исследованы, вплоть до восстановления некоторых участков их ДНК. Но самые удивительные находки нас ожидали в 2017 году.
Иногда случается так, что бактерии, пожирающие остатки умершего животного, наоборот помогают нам в его сохранить. После смерти, например, рыбы, на разлагающейся плоти образуется целый слой различных организмов, что спешат на пир. После чего, они вместе с рыбой покрываются осадками. Чёрные силуэты животных на камне, которые мы находим, есть не что иное, как отпечатавшиеся бактерии.
Янтарь
Парк Юрского периода продемонстрировал нам самый надёжный источник сохранности древних организмов – янтарь. Красивыми насекомыми, возраст которых насчитывает десятки миллионов лет, уже никого не удивить. К сожалению, сколько бы крови они ни пили, ДНК не сохраняется более шести миллионов лет, и свой парк с динозаврами мы не сможем создать. Но находки 2017 года поражают воображение. Целый меловой птенец и оперённый хвост динозавра, датированный тем же периодом. Благодаря янтарю находки дошли до нас в полной сохранности, и мы можем разглядеть мельчайшие детали строения перьев возрастом 100 млн лет.
Органика и её следы
Это удивительно, но через десятки миллионов лет до нас доходят не только камни, но и некоторые органические вещества или их следы. Так, в начале двухтысячных Мэри Швайцер опубликовала результаты исследования остатков тираннозавра возрастом более 68 млн лет. В них заявлялось, что до нас дошли не только структуры мягких тканей динозавра, но и белок коллаген, содержащийся в костях и хрящах. А ведь каких-то пару десятилетий назад о подобном и мечтать не могли. Не менее удивительным стали и находки меланосом (органелла, хранящая в себе меланин и другие пигменты) динозавров. Таким образом, мы знаем примерный окрас некоторых мезозойских животных.
Групповые захоронения
Несмотря на то, что гигантские животные сохраняются плохо, иногда до нас доходят целые группы крупных животных в хорошем состоянии. Как такое происходит? Возможно, животные выбрали неверную тропу и попали в ловушку в смоляном озере. Или хищники загнали жертв в болото, где все дружно утонули. Может быть, произошла какая-либо катастрофа, которая накрыла махом всё семейство во время высиживания яиц. Территория, которая сейчас известна как формация Хелл-Крик, 66 млн лет назад была богата на реки и ручьи с глинистым дном и болота, что способствовало столь богатым и качественным захоронениям. Например, во время прилива или дождей уровень воды в некоторых водоёмах сильно поднимался, но как только вода отступала, некоторые лужицы становились изолированными от рек и озёр. Там и гибли рыбы и черепахи на радость палеонтологам.
Фоссилизация, или окаменение – это длительный физико-химический процесс преобразования остатков умерших организмов и следов их жизнедеятельности в сложную минеральную структуру с отпечатками различных тканей, а порой и с органическими молекулами. Чем благоприятней для фоссилизации были условия периода, и чем ближе по временной шкале к нам, тем больше интересных подробностей мы можем рассказать об этом времени.
О чем говорят кости: как восстанавливают внешний вид давно умерших животных и почему динозавры выглядят именно так
Динозавры были похожи на современных рептилий, а мамонты напоминали мохнатых слонов с бивнями. Стоит только упомянуть название знаменитого доисторического животного, и оно сразу представляется слушателю. Но откуда мы знаем, как выглядели звери, населявшие Землю до начала времен? «Хайтек» рассказывает, каким образом ученые узнают о том, как выглядели и что ели доисторические животные.
Читайте «Хайтек» в
Люди почему-то редко сомневаются в том, достоверно ли изображены динозавры в фильме «Парк юрского периода». Более того, массовое представление о том, как выглядели эти рептилии, было сформировано как раз в самом блокбастере. Одна из множества вариаций, имеющих право на существование, стала каноном благодаря Голливуду. Тем не менее, реконструировать внешний вид динозавров можно по-разному.
Первая попытка восстановить внешний вид вымершего животного была сделана 2 600 лет назад, в Древней Греции. Историк Адриенна Майор утверждает, что морское чудище Кето, которое должно было съесть Андромеду, появилось в мифах не просто так. Исследовательница предполагает, что это попытка объяснить внезапно найденные останки Giraffokeryx –– предка жирафа, который жил примерно 6 млн лет назад.
Гигантские кости –– не редкая находка для древности, хотя речь и не шла о систематических раскопках. Историки Античности считали, что случайно найденные останки принадлежат великанам или монстрам. Организованные поиски древних костей начались в Средние века, когда в ледниках начали находить кости мамонтов, шерстистых носорогов и других крупных млекопитающих. Впрочем, и тогда их не считали обычными костями. Останки якобы принадлежали драконам, гигантам, единорогам и другим жертвам Всемирного потопа.
В 1663 году немецкий натуралист Отто фон Герике попытался восстановить облик настоящего «единорога» из костей разных млекопитающих эпохи плейстоцена. В его реконструкции зубами животного стали моляры мамонта, а череп и другие кости принадлежали шерстистому носорогу. Натуралист стремился воплотить фантазию, а не реконструировать жизнь.
Французский натуралист Жорж Леопольд де Кювье подошел к воссозданию внешнего вида вымершего животного с рациональной позиции естествознания. В своей работе «Исследование ископаемых костей четвероногих» ученый рассуждал так: «Если зубы животного такие, какими должны быть для того, чтобы оно питалось мясом, то мы можем быть уверены, что и вся его система пищеварения будет подходить для такого вида пищи. Весь его скелет и двигательные органы, даже органы чувств, будут хищническими. Всё это необходимо для существования животного: иначе оно не могло бы существовать вовсе».
Несмотря на создание множества иллюстраций животных, чей вид Кювье восстанавливал на основе изучения их скелетов, он не решался публиковать зарисовки, потому что считал их слишком умозрительными. Тем не менее, в одной из последних редакций труда натуралиста он разместил изображения парнокопытных аноплотерий и непарнокопытных палеотерий. Широкая общественность впервые увидела научную реконструкцию внешнего вида и жизни давно вымершего животного. Кювье рассказал миру о том, как охотилось и жило существо, о котором предки людей не сохранили никаких слов.
Останки и скелеты
Кювье изменил представление о том, что скелет может сообщить лишь абсолютно базовый факт: «Был живой, стал мертвый». Это далеко не всё, что может рассказать об организме скелет.
В практике палеонтологов встречаются разные кейсы: останки некоторых видов дошли до наших дней в идеальном состоянии, другие скелеты восстанавливаются практически с нуля. Большую роль в целостности скелета играют условия среды, в которой он оказался. Так, вечная мерзлота сохраняет даже мягкие ткани животных.
В 2010 году в Якутии были найдены останки 1,8-метрового мамонтенка, который сохранился практически полностью. Сообщения о таких находках поступают регулярно: вечная мерзлота отступает, обнажая останки. Основные места поиска –– Якутия и Новосибирские острова.
Якутия оказывается местом поиска не только мамонтов, но и шерстистых носорогов. Останки особи этого вида были найдены в местных льдах. Носорогу дали кличку Саша. Это был трех- или четырехлетний детеныш. До этой находки исследователи находили взрослых особей, но никогда не встречали целых маленьких останков.
Такие находки особенно интересны из-за фактора сохранности. Если палеонтологам повезло, и на трупе сохранились мягкие ткани, то ученые способны почти полностью восстановить диету зверей.
У большинства современных плотоядных есть острые зубы, которыми легко резать мясо. Это наблюдение легко распространяется во времени: у ископаемых животных с острыми клыками также были хищнические рационы. Особенности челюстей и зубов показывают, что могло есть животное.
Благодаря эволюции костное строение зверей адаптируется для различных функций. Принцип рычага –– один из основных в физике. Его понимание позволяет понять технику передвижения разных животных, их максимальную скорость и силу. Размещение мышцы на челюстных костях напрямую влияет на то, какой силы укус может сделать животное и как быстро оно открывает и закрывает челюсть. Надежность самого черепа зависит от общей твердости костей, поэтому наличие мускулов на челюсти показывает не прочность, но силу. Подобные звери предпочитают жесткую пищу, которую нужно измельчать зубами.
«Ты то, что ты ешь» –– фраза, справедливая и на молекулярном уровне. В разных источниках пищи есть разные микроэлементы и изотопы, которые, в свою очередь, впитываются в зубы и кости животных на следующем звене пищевой цепи. Химический анализ позволяет определить, питался ли, например, древний падальщик морскими или наземными животными.
Кроме того, от пищи зависит характер окаменелостей в кишечнике и окаменелые отходы. Копролиты, или ископаемые фекалии часто сохраняют в себе остатки пищи: фрагменты растений и кусочки костей. Если у ученого есть возможность сопоставить фекалию и ее производителя, то это отличный способ понять, чем именно питалось животное.
Еще Кювье предложил считать главным ориентиром для реконструктора именно зубы, но их форма –– не единственный информативный элемент. Зубная эмаль стирается даже при самых благоприятных обстоятельствах, но разная пища по-разному царапает и щербит зубы. Их текстура позволяет уточнить особенности диеты.
Почему современных исследователей вообще волнует, кто и кого съел 20 или 200 млн лет назад? Стремление понять доисторических животных связано с интересом в ветеринарной медицине, фармацевтике и биологии. Тем не менее, наука изобретает новые способы более точной реконструкции жизни и вида ископаемых животных.
Недавним изобретением в области реконструкции по останкам стала разработка ученых колледжа Корка в Ирландии. Местные палеонтологи обнаружили способ реконструкции древних позвоночных животных с помощью анализа химического состава окаменевших меланосом из внутренних органов.
Команда использовала синхротронные методы для анализа химического состава ископаемых и современных меланосом с помощью рентгеновских лучей, позволяющих рассмотреть анатомию окаменелостей.
Меланин находится в меланосомах (клеточных структурах — «Хайтек»), которые есть в клетках перьев, чешуи, волос и глаз. По современным птичьим перьям ученые обнаружили, что форма меланосом определяет цветовой оттенок пера. Так, меланосомы в форме палочек кодируют темные оттенки, а шарообразные меланосомы захватывают промежуток от кирпичного до ярко-желтого.
Новизна ирландского исследования состоит в том, что до недавнего времени большинство ученых сосредотачивалось на коже и перьях или шерсти, тогда как в данном случае изучаемый объект, меланин, содержится во внутренних органах. Он подсвечивается в рентгеновском излучении, обозначая контуры органов животных. Доктор Мария Макнамара, автор исследования, говорит: «Это открытие примечательно тем, что оно открывает путь для восстановления детальной анатомии древних животных. В некоторых окаменелостях мы можем четко обозначить легкие, печень, кишечник, сердце и даже соединительные ткани».
Веха реконструирования: ДНК
Большая часть того, что ученые знают о вымерших животных, известно от скелетов. Тем не менее, ДНК, открытая в 50-х, раскрыла тайны, на которые наука еще не могла найти ответ. Лейя Линс из Университета Оклахомы говорит, что на морфологию костей могут влиять окружающая среда и ход жизни животного. Изменчивость так велика, что может сбить с толку и осложнить попытки идентификации останков.
ДНК помогает не только разобраться в отношениях между разными древними популяциями, но и определить место и время возможного возникновения новых популяций с новыми признаками. Объединяя эту информацию с геологическими данными, исследователи реконструируют то, как животные могли реагировать на изменения климата, например, ледниковые циклы.
Древние ДНК могут помочь объяснить исчезновение вида. Недавнее исследование тасманских тигров обнаружило неожиданно низкое генетическое разнообразие у этих животных –– явный признак долговременного сокращения популяции, которое, возможно, началось из-за человека.
«Со временем ДНК деградирует, так что не каждое ископаемое даст необходимое количество материала для восстановления полного генома, набора генов организма», –– говорит Вивиан Слон из Института эволюционной антропологии имени Макса Планка.
ДНК нельзя использовать через 1-2 млн лет после смерти организма, даже если она хранилась в идеальных условиях, которых в природе практически нет — а потому гены обречены разрушиться. Самая старая последовательность ДНК была извлечена из материала от 700-тысячелетней лошади, замерзшей в Канаде.
Если ДНК сохранилась хорошо, то перед исследователями встает другая проблема –– ее слишком много. Ископаемая кость лошади наверняка сохраняет родные гены, но также содержит ДНК бактерий и насекомых, попавших в кости, или растений и грибов, росших вокруг скелета. Ученым нужно пройти через «шум», чтобы найти ту ДНК, которая им нужна.
Исследования ДНК меняют все процессы биологии. Они не только рассказывают то, о чем люди никогда не узнали бы без секвенирования, но и позволяют играть в Бога –– возрождать вымершие виды.
Один из самых знаменитых исчезнувших видов последнего века –– пассажирский голубь, который исчез в начале 1900-х. Американские ученые планируют вернуть популяцию с помощью ближайших родственников –– голубохвостых голубей. ДНК этих животных идентичны на 97%. Современные технологии позволяют редактировать оставшиеся 3%.
Технически новая птица будет потомком голубохвостого и пассажирского голубя. Если бы речь шла не о генетическом редактировании, то новый организм назвали бы гибридом. Цель ученых –– не точное воскрешение ранее существовавшего, а восстановление экосистем, пострадавших от исчезновения голубей.
Голуби –– не единственный животные, которых хотят вновь выпустить в мир. Ученые работают над восстановлением популяции верескового тетерева, вымершего в США в 1932 году. Еще известнее проект выведения шерстистого мамонта, который вымер 10 тыс. лет назад. Сейчас эти проекты находятся на ранней стадии, но ученые продолжают эксперименты по расшифровке нужных ДНК.
ДНК –– удивительный ресурс для ученых, которые стремятся изучать прошлое и переносить его удачные опыты в будущее. Сегодня более двух десятков лабораторий по всему миру работают с древней ДНК, пополняя общемировую базу генетических данных.
Кость против камня: как отличить
Когда я был ребенком, один из моих дядей дал мне то, что он назвал настоящей костью динозавра. Маленький черный предмет, безусловно, был похож на какую-то кость, и я хранил его в своей маленькой коллекции акульих зубов и других окаменелостей в моем ближайшем доме. Через некоторое время я почти полностью забыл об этом, но когда я учился в колледже на динозаврах, я вспомнил маленькую вещь. Я отнес его своему профессору, чтобы спросить, от какого животного это могло произойти.
Мой профессор сказал мне, что это вовсе не ископаемое. «Кость динозавра» на самом деле была конкрецией или небольшим комком минерала, образовавшимся вокруг какого-то детрита. Разбитая часть объекта сделала идентификацию легкой. Открытая внутренняя структура была компактной, однородной и гладкой. У него полностью отсутствовали какие-либо признаки внутренней структуры кости, которые могла бы продемонстрировать настоящая кость динозавра.
Палеонтологи отвечают на десятки подобных запросов каждый год. Многие люди находят конкременты или расплывчатые камни в форме костей и вводят их, чтобы спросить, из какого динозавра произошли «кости» и будет ли музей заинтересован в их покупке. Излишне говорить, что большинство из этих людей немного разочарованы тем, что они не обнаружили находку века на своем заднем дворе, но этот общий опыт поднимает простой вопрос: как отличить ископаемую кость от камня?
Не существует единого строгого правила, позволяющего отличить камень от кости, но есть несколько принципов, которые определенно могут помочь вам понять разницу. Одним из самых простых является то, что вам нужно знать, где искать окаменелости. Если вы заметите «яйцо динозавра» в почве, когда вы стрижете газон, то у вас очень хорошие шансы, что это просто камень. Реальные окаменелости будут найдены в определенных горных породах, которые могут помочь вам идентифицировать геологические карты и даже некоторые буклеты по конкретным штатам. Однако, прежде чем взять свой кирку и лопату, вам необходимо ознакомиться с типом земли, на которой находятся эти отложения, и правилами сбора окаменелостей. Если вы просто идете в строй и выбираете окаменелость, не заполняя нужную документацию и не будучи абсолютно уверены в том, где вы находитесь, вы, вероятно, нарушаете закон (не говоря уже о том, что подготовленные палеонтологи гораздо лучше квалифицированы для надлежащего документирования и раскопки ископаемых мест).
Следуя этим рекомендациям, становится легче определить, действительно ли вы нашли ископаемую кость. Это не берет докторскую степень. образование; Просто внимание к деталям и здравый смысл.