Наука палеонтология занимается сбором, описанием и интерпретацией ископаемых останков.

Термином "ископаемое" обозначают не только кости, раковины, зубы и другие сохранившиеся твердые части растений или животных, но и любые отпечатки и следы, оставленные некогда существовавшим организмом (рис. 1.).

Одним из обычных типов ископаемых являются следы ног или ползания, сохранившиеся на мягком иле, который впоследствии затвердел. По таким остаткам можно кое-что сказать о строении и пропорциях тела животного, которому принадлежал след. В 1948 г. вблизи Питтсбурга были найдены следы амфибии каменноугольного периода (примерно 250 млн. лет назад). Расположение следов друг против друга, парами, свидетельствует о том, что это животное скорее прыгало, чем ходило.

Ископаемые остатки позвоночных, как правило, являются частями скелета, по которым можно составить себе представление о положении тела животного и о способе его передвижения. По рубцам на костях, показывающим место прикрепления мышц, палеонтолог может сделать заключение о расположении и размерах мышц, а из этого в свою очередь вывести форму тела. Таким образом создают реконструкции внешнего вида животных при жизни. О таких признаках, как характер и окраска меха или чешуи, можно лишь строить предположения.

Интересным и удивительным типом ископаемых являются остатки, у которых первоначальные твердые части или, что случается реже, мягкие ткани были замещены минеральными веществами. Процесс замещения называется окаменением, а замещающими минералами могут быть иприт, кварц, углекислый кальций или другие вещества. Например, окаменелая мышца акулы давностью более 300 млн. лет настолько хорошо сохранилась в результате этого процесса, что в шлифах под микросколом можно видеть не только отдельные мышечные волокна, но и их поперечную исчерченность. Замечательной иллюстрацией процесса окаменения служит Каменный лес в Аризоне.

Отпечатки и ядра внешне похожи на окаменелые ископаемые, но образуются иначе. Отпечатки возникают при затвердении осадка, окружавшего погребенный организм, и последующем разложении и выносе органогенного материала циркулирующими грунтовыми водами. Иногда полости, образовавшиеся таким способом на месте организмов, в дальнейшем заполняются минеральными веществами, которые в свою очередь затвердевают, формируя ядра - копии первоначальной структуры.

Иногда палеонтологам выпадает удача найти на Крайнем Севере, обычно в Сибири или на Аляске, организмы, замороженные в почве или во льду. Например, были найдены остатки мамонтов давностью больше 25 000 лет, сохранившиеся настолько хорошо, что собаки ели их мясо. Другие формы (растения, насекомые и пауки) сохраняются в янтаре - ископаемой смоле сосновых деревьев. Первоначально смола была достаточно жидкой, чтобы поглотить хрупкое насекомое и проникнуть в каждую его частичку; затем она постепенно затвердевала, сохраняя животное в целости (рис. 2.).

Для образования и сохранения ископаемых необходимо, чтобы объект был погребен. Это может произойти на дне водоема или на суше в процессе накопления приносимого ветром песка, почвы или вулканического пепла. Множество людей и животных, обитателей Помпеи, сохранились в вулканическом пепле Везувия почти без повреждений. Иногда животные погибают и захороняются в болоте, зыбучем песке или яме, заполненной асфальтом, такой, как знаменитая асфальтовая яма Ле-Бре в Лос-Анжелесе, которая дала великолепной сохранности ископаемых животных плейстоценового времени.

Образование останков происходит в определенные промежутки времени на определенном пространстве, что формирует земные слои истории. Данные науки о земных слоях - стратиграфии - позволяют определить относительный возраст ископаемых, т.е. выяснить время их жизни и сделать выводы об основных направлениях эволюции.

По разумению, слои осадочных пород, которые образовались в результате накопления осадков (песка или ила) на дне озер, морей и океанов, должны залегать в порядке их отложения - более новые, образовавшиеся позднее, над более древними, сформировавшимися раньше. Однако последующие геологические события, происходившие на планете, как правило, меняют взаимоотношение слоев.

Нельзя рассчитывать встретить все слои без исключения в любом районе, так как в то время как одни территории осушались, другие были погружены в воду. В некоторых районах ранее образовавшиеся слои были в дальнейшем подняты выше уровня моря н размыты, так что относительно молодые осадки ложились впоследствии непосредственно на очень древние породы. Более того, некоторые участки земной коры подверглись интенсивному складкообразованию и сбросообразованию, в результате чего кое-где древние слои в настоящее время лежат на более молодых.

Скорость образования слоя в разные времена и в разных местах также была неодинакова. Однако, несмотря на это продолжительность каждого периода можно оценить путем сравнения мощностей осадочных отложений.

Возраст пород можно определить путем изучения содержащихся в них ископаемых, так как некоторые разновидности ископаемых связаны с отложениями только одной эры.

Для оценки возраста ископаемых используют относительные (стратиграфические) и абсолютные (радиометрические, люминисцентные, ядерно-магнитного резонанса и др.) методы датировки. На основании датирования возраста древних отложений составляется палеонтологическая летопись, которая тесно связана с геологической в геохронологическую шкалу.

На геохронологической шкале выделяют геохронологические интервалы: международные - которые удается опознать по всему миру и региональные (местные), которые, как правило, более детальны, но не всегда точно соотносятся со слоями, известными в других регионах. Такое несоответствие связано с тем, что в разных регионах во все времена жили разные организмы, по комплексам окаменелостей которых и устанавливают эти слои. Поэтому для межрегиональной корреляции геохронологических интервалов принято использование ископаемых организмов для которых была характерна более быстрая смена видового состава (более быстрая эволюция), например, споры и пыльца растений, а также разнообразные мелкие планктонные организмы (фораминиферы, радиолярии, диатомовые водоросли, кокколитофориды), а во многих случаях и более крупные животные (трилобиты, аммониты, конодонты, археоциаты, двустворчатые и брюхоногие моллюски, брахиоподы и мн. др.).

Стратиграфическое распространение каждой отдельной группы организмов (и всех их вместе) подтверждает эволюцию и может быть адекватно объяснено только с эволюционных позиций. В частности, практически в каждой группе ископаемых прослеживаются превосходные "эволюционные ряды": постепенные изменения строения организмов, сменяющих друг друга во времени. Довольно часто эти изменения выглядят направленными, в других случаях можно наблюдать более-менее случайные колебания. Есть ряды, в которых эти изменения невелики и ограничиваются появлением новых разновидностей или видов, а есть ряды, в которых можно наблюдать появление новых родов, семейств и более крупных таксонов.

Например, последовательная смена восьми разных видов неправильных морских ежей рода Micraster в отложениях верхнего турона - верхнего кампана (ок. 90-70 млн лет назад). Некоторые изменения морфологии в этом ряду выглядят ненаправленными, другие - вполне направленными (например, наблюдается неуклонное смещение рта все ближе к переднему краю панциря). Данный эволюционный ряд был связан с приспособлением микрастеров к жизни во все более тонкозернистом грунте (это зарывающиеся животные, питающиеся грунтом). Микрастеры вымерли 65,5 млн лет назад вместе с динозаврами, а вскоре после этого вымерли и другие роды этого семейства (Micrasteridae). Отряд, к которому относится это семейство (Spatangoida), дожил до наших дней, но он сегодня представлен уже другими семействами.

Доказана эволюция через промежуточные формы, например, эволюция между рептилиями и птицами через археоптерикса. У археоптерикса было развито оперение (типичная птичья черта), а по строению скелета он слабо отличался от динозавров. У него были когти на передних конечностях, зубы и длинный костяной хвост, а характерных "птичьих" особенностей скелета было немного (крючковидные отростки на ребрах, вилочка). Позднее были найдены и другие переходные формы между рептилиями и птицами.

В настоящее время известно множество других переходных форм, в том числе - от беспозвоночных к рыбам, от рыб к четвероногим, от земноводных к рептилиям, от рептилий к млекопитающим. Подробно о палеонтологических доказательствах эволюции можно посмотреть в книге под ред. А.В.Маркова "Доказательства эволюции" по представленным ссылкам.

Продолжение: Геохронологическая таблица