Таксономическая специфичность

 Содержание магния в кальцитовых скелетах беспозвоночных колеблется в широких пределах (от 12% до десятых долей процента). В арагонитовых скелетах пределы содержания магния существенно меньше. Высокомагнезиальный кальцит (содержание магния > 3%), который, в сущности, представляет собой специфическую минеральную фазу, встречается в скелетах иглокожих. В челюстном аппарате морских ежей установлено самое высокое содержание магния, что заставляет предполагать присутствие протодоломита, т. е. существенных изменений в кристаллической решетке минерала. Если рассматривать данные о содержании магния в совокупности по крупным филумам беспозвоночных, но можно отметить, что в целом по средним содержаниям для них характерна определенная специфичность, хотя внутри каждого из типов наблюдаются значительные колебания. При сравнении представителей, скелеты которых обладают одной и той же минералогической формой карбоната (низкомагнезиальный кальцит, высокомагнезиальный кальцит, арагонит), можно констатировать наличие тенденции к понижению содержания магния и повышению высоты организации группы.

Если рассматривать само присутствие магния, замещающего ионы кальция в решетке кальцита и арагонита, как "примесь" или как неизбежную статистическую "ошибку" при формировании "чистого" минерала, то отмеченная тенденция может трактоваться, по предложению Ю. Одума, как следствие совершенствования обменных процессов, усиления внутреннего гомеостаза и как "прогресс" биологического минералообразования. Вероятное филогенетическое следствие - выработка критериев примитивности - продвинутости эволюционного процесса. Уровень специфичности при применении этого критерия у разных групп неизвестен. Имеются данные по близким видам планктонных фораминифер, свидетельствующие о том, что виды-потомки отличаются от предкового вида пониженным содержанием магния.

Наиболее последовательные попытки изучения вариаций содержания магния и стронция в целях таксономии и филогении с построением на этой основе вариантов биогеохимической классификации проведены на мезозойских и кайнозойских брахиоподах [564, 759]. По биогеохимическим характеристикам внутри типа выделяются две группы: фосфатная и карбонатная. В свою очередь фосфатная группа подразделяется на протеиново-фосфатную (отряд Lingulida) и протеиново-фосфатно-карбонатную (отряд Discinida) подгруппы, а карбонатная - на карбонатную с низким (<1%) содержанием магния (отряд Rhynchonellida, преобладающее большинство представителей отряда Terebratulida) и карбонатную с высоким (>1%) содержанием магния (отряд Craniida, надсемейство Thecideoidea и семейство Megatheridae, условно относимые к отряду Terebratulida) подгруппы.

Сопоставление данных спектрального анализа раковин в филогенетических рядах некоторых групп юрских, меловых и палеогеновых замковых брахиопод позволило выявить определенные тенденции в изменении их химического элементарного состава, в частности понижение содержания магния и повышения содержания стронция [563, 612].

Приведенными весьма общими сведениями в настоящее время, по-видимому, исчерпываются возможности использования информации о содержании магния для таксономии и филогении, которая может быть получена с помощью сравнительно простых аналитических методов. Дальнейшее развитие этого направления потребует иных методов исследований, которые позволят получать более точные и воспроизводимые результаты, а также непременной статистической обработки.

Многие группы как современных, так и ископаемых скелетных организмов остаются пока не изученными даже на этом первом, аналитическом уровне.

Содержание магния, стронция и других элементов в скелетах и факторы внешней среды.

Остановимся прежде всего на так называемом "кальций-магниевом методе" палеотермометрии, исходной посылкой которого служат общие соображения о положительной корреляции содержания магния в карбонатных скелетах морских беспозвоночных с температурой воды, основанные на эмпирических наблюдениях, согласно которым в скелетах тропических форм содержание магния относительно выше, чем в скелетах холодноводных организмов.

Начало применению этого метода было положено работой Т. С. Берлин и А. В. Хабакова [79], в которой показана корреляция данных, полученных по изотопам кислорода и по кальций-магниевому отношению в проанализированных образцах, приведена первая эмпирическая формула для пересчета на температуру водной среды. Простота и экспрессивность рассматриваемого метода благоприятствовали его применению для анализа массового материала. Этому способствовал и упоминавшийся выше кризис в изотопной палеотермометрии.

Исследования кальций-магниевого отношения получили в нашей стране заметное развитие. Были, в частности, выполнены палеоклиматические реконструкции для обширных пространств юга СССР в юре, в мелу и палеогене [823, 1245]; в работе [823] этот метод использован для определения температурных условий обитания современных морских моллюсков.

В то же время ни термодинамических расчетов, ни успешных экспериментальных наблюдений, показывающих характер зависимости и возможности использования кальций-магниевого метода пока нет. Не проводилось и серьезного его обсуждения, остаются неясными приемы, с помощью которых удается получать правдоподобные значения палеотемператур по различным скелетным остаткам и часто по единичным их образцам. В целом для дальнейшего применения данного метода необходимо получить его однозначное теоретическое и экспериментальное обоснование.

Аналогичное магнию положение с использованием для таксономических, филогенетических и палеоэкологических реконструкций складывается и в отношении стронция. Особенности геохимического поведения стронция в биогенных карбонатах изучались, пожалуй, больше, чем магния. Результаты неоднократно подвергались обобщению и обсуждению, пересматривались основные заключения [173, 1226, 1510, 2022, 2399]. Большой научный резонанс вызвали работы Х. Лоуэнстама [1898], изучавшего в сравнительном аспекте распределение стронция в раковинах современных и ископаемых брахиопод и гастропод. Он пришел к выводам, что начиная с карбона отношение Ca/Sr в раковинах брахиопод оставалось постоянным и может использоваться для анализа изменений содержания стронция в океанах. X. Лоуэнстам полагал также, что концентрация стронция в водах океана в течение указанного времени также была неизменной.

В другой работе X. Лоуэнстама [1899] приведены данные сравнительного изучения отношения Ca/Sr в арагонитовых раковинах каменноугольных, меловых и современных гастропод. По его данным, содержание стронция в этих раковинах с течением времени уменьшалось. Это трактовалось как проявление биогеохимической эволюции, имевшей ту же направленность, что и общая тенденция к дискриминации элементов-примесей у более эволюционно развитых групп. Сходная тенденция была обнаружена при изучении арагонитовых раковин цефалопод [1697]. Все эти данные были подвергнуты проверке и по другим материалам. При этом были получены как неопределенные, так и противоположные результаты, не подтверждающие указанную тенденцию. Так, проверка идеи о "стронциевой эволюции", проведенная на обширной выборке раковин меловых и кайнозойских (в том числе и ныне живущих) гастропод и пелеципод [2120], показала, что если у арагонитовых раковин эта тенденция присутствовала, то у кальцитовых, наоборот, количество стронция с течением времени возрастало. Установленные различия авторы расценили как результат диагенетических процессов, считая диагенетическим артефактом и саму "биогеохимическую эволюцию".

При исследовании распределения Mg, Sr, Fe, Mn, Ba в неперекристаллизованных раковинах неогеновых, ископаемых четвертичных и современных моллюсков было замечено, что коррелятивные связи в содержании названных химических элементов у ископаемых и современных форм одного и того же вида существенно неодинаковы. Таким образом, палеоэкологические реконструкции на основе биогеохимических данных по перечисленным элементам-примесям должны проводиться с большой осторожностью [1476, 2449]. Очевидно, что это предостережение должно относиться к использованию в таксономических и филогенетических построениях и других элементов-примесей.

Выводы, основанные на изучении химического элементарного состава ископаемых скелетных остатков, не могут считаться доказательными и заслуживающими доверия, если они опираются только на общие соображения и не подкреплены специальным рассмотрением особенностей диагенеза и других вторичных изменений анализируемого материала и оценкой степени достоверности исходных данных.

Наиболее изучено в диагенетическом процессе, по-видимому, поведение стронция [1224]. Следует внимательно отнестись к идее автора указанной выше работы о существовании "закрытых систем" карбонатного диагенеза, в которых может сохраняться первичное соотношение элементов.

Время "простых" палеобиогеохимических исследований, некритического валового набора аналитических данных и выводов, основанных на общих соображениях, прошло (это, однако, не снимает с повестки дня проведение таких работ вообще).

Дальнейшие исследования могут развиваться по нескольким направлениям, среди которых в первую очередь нужно назвать фундаментальные экспериментальные и теоретические исследования, которые позволили бы сформулировать модель, объясняющую пути поступления элементов-примесей в скелетную ткань, определяющую их место и форму присутствия в минерально-органическом комплексе биогенных минералов. Работы должны проводиться в комплексе с экспериментальными исследованиями процесса биоминерализации. В настоящее время сделаны лишь первые попытки в этом направлении. Здесь необходимо овладение методами экспериментальных биохимических исследований и базой для их проведения.

Другая важнейшая область исследований - изучение геохимических закономерностей поведения элементов-примесей в процессе диагенеза. Это должно привести к созданию новых методических основ палеобиогеохимии, к пониманию того, что могут и чего не могут дать аналитические материалы по составу скелетообразующих минералов. Судя по результатам исследований распределения малых элементов в скелете различных видов современных Nautilus, выполненных самыми совершенными методами, межвидовые различия в их содержании чрезвычайно невелики [1902]. В связи с этим необходимо весьма тщательное изучение как химических [1476], так и микроструктурных [2201] изменений в анализируемом материале.

Вместе с тем, по-видимому, остается рациональным и продолжение региональных палеобиогеохимических работ с набором больших массивов корректных аналитических данных при условии четкой постановки задач, объективной оценки степени достоверности аналитических результатов с обязательной их статистической обработкой. Не состав единичной раковины, а групповой показатель, характеризующий целое захоронение, "популяцию", должен стать основой исходных данных. Такой показатель позволит правильно оценить характер диагенеза [1476]. Совокупный анализ состава элементов-примесей и изотопного состава кислорода позволит оценить степень диагенетического воздействия и стать критерием сохранности.

Несомненный интерес для реконструкции кислородного режима в палеоморях представляет предложенный в последние годы метод изучения распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) в ископаемых фосфатных скелетных остатках (зубах, костях, конодонтах). Метод основывается на том, что относительное содержание легких и тяжелых лантаноидов существенно зависит от условий кислотно-щелочности среды, через которую проходит содержащий их минерал.

В водах, богатых кислородом, относительное содержание церия и лантана ("цериевая" аномалия) меньше, чем в бескислородной обстановке. Исследование распределения РЗЭ в кальций-фосфатном веществе конодонтов, чешуи и зубов рыб по всему разрезу фанерозоя позволило показать [2504] общие тенденции в изменении "цериевой" аномалии и соответственно кислородного режима в морях геологического прошлого (рис. 82).

 

 

К содержанию: «Современная палеонтология»

 

Смотрите также:

 

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ  геология с основами палеонтологии  По следам минувшего 

 

палеоботаника или ботаническая палеонтология...  Аллювий прарек  Палеовулканология

 

 Древние климаты   Палеогеография   Палео океанология