Ein starker Anstieg der Anzahl biologischer Arten, die sogenannte „Kambrische Explosion“, eröffnete das Phanerozoikum – das Äon des „manifestierten Lebens“. Aber auch das „geheime“Leben der Vorzeit erwies sich als sehr vielfältig, was unter anderem zu gigantischen Formen führte. Die in Russland gemachten Entdeckungen ermöglichten es, die Geheimnisse dieser unglaublich alten Fauna zu lüften.
Die ersten Spuren makroskopischer, vielzelliger Lebewesen mit weichem Körper, die sorgfältig dem Präkambrium zugeordnet werden konnten, wurden in den 1860er Jahren in der Gegend von Neufundland gefunden. Im 20. Jahrhundert wurden bedeutende Funde in Namibia und Australien gemacht. Auf dem Territorium unseres Landes wurden einzelne Fossilien im Bohrkern gefunden (Ukraine, Krim, Ural). Dabei handelte es sich um kleine Abdrücke, die entweder Scheiben oder Kuchen ähnelten und nicht einmal sofort als Abdrücke von Lebewesen erkannt wurden: Einige glaubten, dass es sich um Spuren geologischer Prozesse handelte. Das Problem war, dass es zunächst unmöglich war, das Alter des Gesteins zuverlässig zu bestimmen, und einige Forscher schrieben die Funde dem Kambrium, Silluium oder Ordovizium zu. Eindeutigkeit kam erst 1957, als die in Großbritannien gefundenen Abdrücke einer Kreatur namens Charnia eindeutig auf das Präkambrium datiert wurden.
Interessant ist nicht nur die Tatsache, dass die Überreste einer großen Gruppe präkambrischer Tiere entdeckt wurden, sondern auch die Tatsache, dass sich ihr Aussehen und ihre Struktur als äußerst ungewöhnlich herausstellten, als ob es um außerirdisches Leben ginge. Aber dieses Leben, genannt Vendian oder Ediacaran, Biota, war das erste Massenauftauchen mehrzelliger Organismen in den paläontologischen Aufzeichnungen, die vor mehr als 600 Millionen Jahren den Ozean bevölkerten.
Die Geschichte des umfangreichsten und einzigartigsten Ortes vendischer Fauna-Drucke begann 1972, als der Studentenpraktikant A. V. Professor B. M. Keller, ein Mitarbeiter des Instituts, untersuchte die Abdrücke und stellte ihre Ähnlichkeit mit den Abdrücken der präkambrischen Fauna aus Namibia fest. Bald wurde eine Expedition an die Küste des Weißen Meeres am Busch von Suzma geschickt. An der Fundstelle der Studentin konnte zwar nichts gefunden werden, aber fünf Kilometer flussaufwärts traf die Expedition an einem Steilufer auf Felsvorsprünge. Auf den hervorstehenden Sandsteinblöcken wurden neue Abdrücke gefunden. Im folgenden Jahr ersetzte an der steilen 15-Meter-" Wand" der Pioniere eine neue Expedition N. M. Chumakov und den Autor dieser Zeilen.
Liegen und Krabbeln
Alles, was wir über die vendische Fauna wissen, kam in Form von feinen Reliefs auf der Sandsteinoberfläche zu uns. Es gibt sowohl negative als auch positive Reflexionen dieser Kreaturen.
Vendus war das Reich der Drei-Balken-Symmetrie. Tribrachidium (Tribrachidium) ist ein klassisches Beispiel für eine solche Kreatur (Foto unten). In Ermangelung natürlicher Feinde (Vertreter der vendischen Fauna fraßen sich nicht gegenseitig) lag Tribrachidia friedlich am Boden, und um die von der Strömung aus verschiedenen Richtungen gebrachten Mikronährstoffpartikel nicht zu verpassen, erhielt sie drei Mundöffnungen. Dann gelangte Nahrung durch drei Äste des Darms in den Körper. Eine andere Tierart im Vendian waren Organismen mit einer bilateralen Struktur, aber im Gegensatz zu späteren Tieren wie Trilobiten, die rechte und linke Körperteile von Vendianische Kreaturen hatten keine perfekte Symmetrie. Sie zeichneten sich durch die sogenannte Symmetrie der gleitenden Reflexion aus, wenn sich die gegenüberliegenden „Strahlen“in einer „Schachbrett“-Anordnung gegenübergestellt werden. Das untere Foto zeigt den Abdruck eines Dickinsonia-Tiers. Bei einigen Organismen dieser Art, wie z. B. Andiva, ist eine Kephalisation deutlich sichtbar - Isolierung des Kopfes, wahrscheinlich mit empfindlichen Zellen.
Im Schutz von Eis und Kreide
Die Klippe am Flussufer ist für uns zu einem Fenster in eine unvorstellbar ferne Vergangenheit geworden. Ich kam mehrere Jahre hintereinander dorthin und gab uns jedes Jahr neue Funde. Im Frühjahr hat das schmelzende Eis neue Sandplatten mit Spuren der vendischen Zeit aus dem Ufer gezogen. All dies war das erste Mal in Russland - in einer solchen Menge, in einer solchen Komplexität und in einer solchen Vielf alt. Es schien, dass nach einem unglaublichen wissenschaftlichen Erfolg schwerlich mehr zu erwarten war. Aber wir haben uns trotzdem umgesehen: Das Weiße Meer ist groß – plötzlich finden sich an seinen Ufern neue vielversprechende Locations. Die Wahl fiel auf die Winterberge, die etwa 200 km auf dem Seeweg von Suzma entfernt liegen. Die Aufschlüsse waren hier kein 10–15 m hohes Uferstück, sondern Sedimente aus Ton- und Sandsteinschichten mit einer sichtbaren Mächtigkeit von etwa 120 m, die an die Oberfläche kamen. Sie gingen etwa 700 m tiefer in die Erde.
Die Zeit, in der wir leben, ist gekennzeichnet durch einen ungewöhnlich niedrigen Meeresspiegel: Eine große Menge Wasser wird durch Polkappen gebunden. In wärmeren und längeren Zeiten gab es so viel Wasser, dass es zwischen dem heutigen Schwarzen und dem Weißen Meer kein Land gab.
Grüße von den Vorfahren
Eine der vielversprechendsten Hypothesen betrifft ein vendisches Tier namens Ausia fenestrata - nur 2 Abdrücke von den Ufern des Weißen Meeres stammen von ihm (zwei weitere ähnliche Abdrücke wurden in Namibia gefunden).
Fenestrata - bedeutet "fenstern", und tatsächlich wurde das Aussehen dieses Tieres ursprünglich aus den Drucken als eine Art Tasche wiederhergestellt, deren Oberfläche mit großen Löchern übersät ist. Es sah aus wie ein Schwamm, aber die Größe der Löcher stimmte nicht sehr mit dieser Hypothese überein. Später kam ein anderer Gedanke: Was wäre, wenn der Abdruck nicht das vollständige Erscheinungsbild des Tieres, sondern nur einen Teil davon behielte? Die Tasche mit "Fenstern" ähnelte auffallend dem Kiemenkorb von Akkordaten wie Seescheiden, die zur Art der Manteltiere (Manteltiere) gehören.
Tunikaten haben im Inneren einen Korb, der mit einer Tunikahülle bedeckt ist, die aus einer zelluloseähnlichen Substanz besteht. Ascidians sind mit Lanzetten verwandt, primitiven Chordaten, die an der Basis des Baumes aller Wirbeltiere stehen, einschließlich natürlich der Menschen in Ablagerungen von 550 Jahren Millionen Jahren haben wir einen Evolutionszweig gefunden, der von der vendischen Fauna bis zum Menschen reicht.
Und vor 25.000 Jahren war die Russische Tiefebene, ungefähr auf dem Breitengrad von Kiew, mit Eis bedeckt - es war eine riesige Masse, die ständig von oben gefriert. Und die Erdkruste begann unter dem Gewicht des Eises einzusacken. Als das Eis verschwand, begann der umgekehrte Prozess: Wie beim „Springen“begann sich die Kruste nach oben zu wölben und hob den Grund der alten Ozeane in den Himmel. Die Winterberge, in denen wir angekommen sind, wachsen immer noch in die Höhe und heben die Lehm- und Sandschichten, die sich einst am Boden angesammelt haben, immer höher. Und hier ist das Interessante: An einigen Stellen sind fast einen Kilometer dicke dieser Ablagerungen von Kimberlit-Rohren durchbohrt – Schlote, durch die Magma an die Oberfläche entwich. Diese Schlote sind mit teilweise geschmolzener, teilweise veränderter altertümlicher Materie gefüllt. Und darin gibt es seltsamerweise Kalksteinblöcke, die sich nicht im Bezirk befinden. Und in den Blöcken - Fossilien mit der kambrischen und ordovizischen Fauna. Wo kommt das alles her?
Die Antwort erwies sich als einfach: Über Millionen von Jahren sammelten sich andere Sedimente aus späteren Ozeanen über den Ton-Sand-Schichten, aber die Erosion hat all diese Sedimente anschließend gefressen und einzelne Fragmente des Kalkbodens in Kimberlit-Rohren erh alten. Kalksteinbrocken fielen dort hin, nachdem sie von einer Vulkanexplosion hochgeschleudert worden waren. Nachdem die Bodensedimente des Kambriums und des Ordoviziums zerstört wurden, hat die Natur die Sedimente des Präkambriums für uns freigelegt. Da diese Ablagerungen Millionen von Jahren von anderen Gesteinen bedeckt waren, sind die alten Schichten, in denen sich Ton und Sandstein abwechseln, außerdem sehr frisch: Die Tone haben ihre Elastizität nicht verloren, es gibt keine Spuren starker Verformungen, und deshalb erwiesen sich die Winterberge als ein einzigartiger Ort mit dünnen und klaren Abdrücken der vendischen Fauna.
Ascidia und ihr "Korb"
Brecheisen als Werkzeug des Wissens
Als wir mit der Erforschung der Vendian-Biota begannen (übrigens wurde der Begriff „Vendian“bereits 1952 vom Akademiker B. S. Sokolov vorgeschlagen), hatten wir nur wenige Proben der Abdrücke dieser mysteriösen Tiere. Dank Expeditionen in die Winterberge, die auch in den 1990er Jahren nicht aufhörten, wurde heute in Russland eine Sammlung von etwa 10.000 Exemplaren gesammelt, und die Priorität bei ihrer Beschreibung liegt bei einheimischen Paläontologen. Es handelt sich um eine Sammlung von Weltrang, die insbesondere Proben jener Tiere enthält, deren Abdrücke auch in Neufundland, im Ural, in Australien und Namibia gefunden wurden.
Wie ist die Suche nach Fingerabdrücken? Auf einer Höhe ragt eine Sandsteinplatte aus einer Klippe. Ob etwas dran ist oder nicht, ist nicht klar. Um das herauszufinden, müssen mehrere Tonnen Sediment mit Brecheisen und Schaufeln entfernt und ein Teil der Plattenoberfläche freigelegt werden. Dann wird die Platte gesp alten und Stück für Stück abgesenkt. Schwere Sandsteinblöcke müssen auf dem Rücken gezogen werden. Unten am Ufer werden die Bruchstücke der Platte nummeriert und zusammengesetzt. Dann drehen sie sich um. Die Abdrücke, falls vorhanden, befinden sich auf der Seite der Platte, die nach unten zeigt. Aber sie sind immer noch nicht sichtbar, da der Sandstein mit Ton beschmiert ist. Jetzt müssen Sie den Ton sehr sorgfältig mit einer Bürste und Wasser abwaschen und die gewünschten Abdrücke finden. Die Fundstücke müssen im Schein der untergehenden Sonne fotografiert werden, damit das Relief bei schwachem Licht besser durchscheint. Schon aus dieser kurzen Geschichte wird deutlich, dass die Entnahme von Proben körperlich Schwerstarbeit ist. Aber die harten Bedingungen der Expeditionen entschädigen für die wahnsinnige Aufregung der Entdecker, die zufällig in die mysteriöse Seite der Geschichte des Lebens auf der Erde geschaut haben.
In der Welt der Nichtoffensichtlichkeit
Paläontologen, die mit der Fauna des Phanerozoikums arbeiten, haben es oft mit echten Fossilien zu tun – Muscheln, Muscheln, Zähne, Knochen, versteinerte Eier. Die vendische Fauna erschien vor der für das Kambrium charakteristischen Ära der aktiven Biomineralisation. Diese seltsamen Kreaturen hatten größtenteils keine Skelette, keine harten Schalen, keine harten Schalen. Ihre Körper waren weich, oft medusenförmig, und nur wenige Arten hatten einen hauchdünnen Rückenschild oder eine röhrenförmige Chitinschale. Daher beschäftigen sich die Spezialisten der vendischen Fauna nur mit Reliefs auf zementiertem Sand, der einst einen fast spurlos verschwundenen gallertartigen Körper umhüllte. Daher die unglaubliche Schwierigkeit, diese Spuren zu interpretieren. Hier sind nur einige Beispiele.
Eine der charakteristischen Arten von Prägungen sind die sogenannten Scheiben mit radialen Fortsätzen. Zunächst wurden sie als Spuren von quallenähnlichen Organismen gedeutet, die treffende Namen wie „Cyclomedusa“erhielten. Es wurde angenommen, dass diese Quallen nicht frei schwammen, sondern ständig auf dem Boden saßen (wie einige moderne Arten). Diese Interpretation setzte sich durch, bis neben den Scheiben Abdrücke einiger federähnlicher Kreaturen gefunden wurden, woraufhin ein völlig anderes Bild gezeichnet wurde: „Cyclomedusas“sind nur Spuren der sogenannten Befestigungsscheiben. Der Organismus entwickelte sich wie folgt: Eine Larve saß auf dem Boden, ihre Basis wuchs, die allmählich mit Sand bedeckt wurde. Und schon wuchs aus der Basis ein Stamm mit seitlichen Ästen, mit dessen Hilfe sich das Tier ernährte. Als die Kreatur starb, blieb der Abdruck der Scheibe häufiger erh alten als der Abdruck des Stammes, obwohl letzterer für primitive Fauna zyklopische Größen erreichen konnte - bis zu 3 m Höhe bei einem Scheibendurchmesser von etwa 1 m.
Ein weiteres Lehrbuchbeispiel ist Dickinsonia. Die Abdrücke, die diese Kreatur hinterlässt, ähneln den Blättern von Pflanzen mit Adern. Also vielleicht ist das eine Pflanze? Oder ein Pilz? Oder etwas anderes? Wenn dies ein Tier ist, wo ist dann seine Mundöffnung und wo ist sein Anus? Der Autor dieser Zeilen verteidigte die Hypothese, dass es sich um einen Vertreter der Fauna handelt, aber ich musste mich etwa zwei Jahrzehnte lang gegen das Missverständnis vieler Kollegen wehren. Eines meiner Hauptargumente lief darauf hinaus, dass der Abdruck, den wir gerne für den Fußabdruck des ganzen Tieres h alten, eigentlich nur aus einer dünnen, papierartigen Hülle besteht, durch die die Elemente der inneren Struktur „durchscheinen“. “. Gleichzeitig gibt es mehrere Abdrücke, auf denen deutlich zu sehen ist, dass so etwas wie ein Heiligenschein, ähnlich einem Abdruck von Weichgewebe, über die gerippte Zone hinausgeht. Die Zugehörigkeit von Dikinsonia zu Tieren konnte jedoch erst endgültig bewiesen werden, als sie die Krabbelspuren dieser Kreaturen fanden und untersuchten. Spuren des sich bewegenden Bauches sind verschwommener. Wenn am Ende des Weges der Dikinson starb, ist die Spur der Muschel völlig anders - klar. Es handelt sich also um ein Tier: Es bewegte sich selbstständig und nahm anscheinend mit der Oberfläche seines Hinterleibs Nahrung in Form von Bakterien von unten auf.
Fraktale und Kuriositäten der Symmetrie
Eines der ersten von russischen Wissenschaftlern beschriebenen Exemplare der vendischen Fauna war Vendia. Der Abdruck wurde in einem Kern aus einem Brunnen in der Region Archangelsk gefunden. Das Tier hatte eine bilaterale, bilaterale Körperstruktur mit offensichtlicher Segmentierung, die es sogar ermöglichte, diese Kreatur als „nackten Trilobiten“zu bezeichnen (echte Trilobiten tauchten bekanntlich im Kambrium auf). Aber selbst dann beschreibt die Beschreibung des Abdrucks von B. M. Keller bemerkte, dass sich die linken und rechten Teile der Segmente nicht gegenüberstehen, sondern sozusagen in einem Schachbrettmuster. Es stellte sich heraus, dass dieses Phänomen, das ich „gleitende Reflexionssymmetrie“genannt habe, bei den vendischen Tieren sehr verbreitet ist, was ein weiteres Rätsel darstellt, da im Kambrium nichts dergleichen bereits beobachtet wurde. Anscheinend ist eine solche seltsame Symmetrie bilateraler Kreaturen mit einigen Merkmalen des Wachstums und der Entwicklung des Organismus verbunden - vielleicht gab es ein sogenanntes Spiralwachstum, das beispielsweise für Pflanzen charakteristisch ist und in der abwechselnden Teilung eines besteht oder eine andere Gruppe von Zellen. Bei Rangeomorphen - federartigen Organismen vom Cyclomedusa-Typ (sie wurden oben besprochen) - wird nicht nur die Symmetrie der Gleitreflexion beobachtet, sondern auch die Fraktalität der Struktur. Vom Hauptstamm gehen Röhren aus, die sich dann im gleichen Muster verzweigen, und neue Äste verzweigen sich erneut.
Charnia ist eine der bereits bekannten Formen der vendischen Fauna. Es gehört zu den sogenannten federähnlichen Organismen und ist offenbar ein Tier, das einen anhänglichen Lebensstil führte. Charnia sowie einige andere ähnliche Formen ähnelten Farnbüschen, die aus dem Meeresboden wuchsen. Die Verzweigung der vom Hauptstamm ausgehenden Gefäße hatte eine fraktale Struktur, die eines der charakteristischen Merkmale der vendischen Fauna ist. Es gab auch röhrenförmige Wesen im Vendian, die sich ähnlich am Boden "klammerten".
Neben bilateralen Lebewesen mit gleitender Reflexionssymmetrie wurden im Vendian interessante Organismen mit Dreistrahlsymmetrie festgestellt, was auch für nachfolgende Epochen untypisch ist. Dazu gehören zum Beispiel Tribrachidien, deren Abdruck einem dreistrahligen Hakenkreuz ähnelt, das in einen Kreis eingeschrieben ist (anscheinend sind dies Spuren der Kanäle des Verdauungssystems, die zu drei Mundöffnungen führen). Dazu gehören auch Bauchwirbel - das sind eiförmige Lebewesen mit einem komplexen System von inneren Hohlräumen, das auf drei Kammern basiert.
Kälte für Riesen
Je mehr Daten über die Vielf alt der vendischen Fauna uns der Fossilienbestand liefert, desto akuter stellt sich die Frage nach dem Platz der vendischen Biota im Evolutionsbaum. Wer waren die Vorfahren dieses erstaunlichen Wasserlebewesens, und können seine Nachkommen unter den Tieren nachfolgender Epochen gefunden werden? Offensichtlich waren die vendischen Organismen nicht die ersten vielzelligen Tiere. Im National Glacier Park in Montana (USA) und in Australien wurden Abdruckketten von vielzelligen Lebewesen gefunden, die vor 1600-1200 Millionen Jahren lebten. Es wird angenommen, dass die Abdrücke, die einer Halskette aus kleinen Perlen ähneln, von einem kolonialen Meerestier vom Typ Hydroidpolyp stammen. Dieses Leben ist um eine Milliarde Jahre älter als das vendische, aber es wurden noch keine anderen prä-vendischen Spuren mehrzelliger, geschweige denn irgendwelcher Vorfahren gefunden. Das lässt vermuten, dass die Entstehung der Vielzelligkeit bei Tieren vielleicht kein einmaliger Evolutionssprung war, sondern eine Art Strategie. So gibt es zum Beispiel auch heute noch einige Geißelprotozoen, die entweder als getrennte einzellige Organismen leben oder sich in Kolonien versammeln, die als Einzelorganismus agieren. Wird der Schwamm auf einem Sieb zu einzelnen Zellen gemahlen, können sich die Zellen wieder zusammenfinden. Es wurden sogar Experimente durchgeführt, bei denen sich die Zellen des Embryos eines vielzelligen Organismus bei Änderung der Umweltparameter (Temperatur, Salzgeh alt) auflösten und zu Einzellern wurden. Vielleicht gibt es also einfach keine durchgehende Linie von Metazoen von der Montana-Perle bis zur vendischen Fauna, aber Generationen von einzelligen Formen können zwischen ihnen liegen.
Der vendische Gigantismus findet seine Erklärung wahrscheinlich in den besonderen natürlichen Bedingungen dieser Umgebung und dieser Zeit. Tatsache ist, dass die reichsten Fundorte dieser Fauna dort zu finden sind, wo sich am Boden keine Karbonate angesammelt haben. Und dies ist eine Eigenschaft von K altwasserbecken - in ihnen sind die Hauptniederschläge Schlick, Ton und Sand. K altes Wasser enthält mehr Sauerstoff, es wird ständig gemischt und bringt organische Nährstoffe vom Boden nach oben. Vendianische Tiere fraßen sich nicht gegenseitig - sie nahmen Mikropartikel aus dem Wasser oder vom Boden auf, was ihnen ein langes Leben und die Fähigkeit verlieh, sich zu großen Formen zu entwickeln.
Offenbar war es jedoch die Erwärmung des Planeten und die Verringerung der Anzahl k alter Meere, die das Aussterben der vendischen Fauna verursachten. Im Kambrium sehen wir ein ganz anderes Leben – insbesondere angepasst an das Leben in Wasser mit geringerem Sauerstoffgeh alt. Aber der Prozess der Biomineralisation begann aktiv und die Tiere begannen, starke Skelette, Muscheln und Muscheln zu erwerben.
Die Frage, ob es unter den Tieren des Kambriums Nachkommen der vendischen Fauna gibt, ist heute positiv zu beantworten, obwohl sie Gegenstand heftiger wissenschaftlicher Diskussionen bleibt. Insbesondere finden wir diese Nachkommen unter Weichtieren, Arthropoden, Hohltieren. Es gibt viele ausgestorbene Tierklassen, die im Kambrium lebten, aber Wurzeln im Vendian haben.
