Настоящие окаменелости

В метаморфических породах — осадках, преобразованных в недрах планеты под давлением, нагревом и действием химических растворов, — кое-что иногда может уцелеть. Так, мрамор — бывший известняк — неплохо сохраняет известковые скелеты морских животных и водорослей, по крайней мере, внешний вид этих скелетов, если процесс мраморизации не зашел слишком далеко и новообразовавшиеся кристаллы кальцита не превратили все в равномерно зернистую мозаику.

Большинство ископаемых организмов сохраняется в осадочных горных породах, некогда накопившихся на дне океанов, морей, озер, в дельтах рек и других понижениях рельефа, где в течение долгих тысяч лет преобладали процессы опускания земной коры. Впрочем, осадочные породы тоже сильно разнятся по своим возможностям: мелкозернистые осадки на тысячелетия упакуют хрупкий остов, а галечник или груда валунов — сотрут его в порошок.

Многое зависит и от химического состава осадочной породы: в известняке уцелеет известковая раковина, в глине — стеклянная губка, строящая свой скелет из кремневых иголок-спикул. Наоборот, те же спикулы быстро растворятся в карбонатном осадке, а известковая раковина — в кремнистом.

Спикула губки — это часть ее скелета, так же как панцирь рака, раковина улитки или двустворки, костяк млекопитающего, раковинка амебы-фораминиферы, коралл, коробочка одноклеточной диатомовой водоросли, зубы, солевые отложения в мягких тканях и другие минерализованные при жизни организма его части. Скелет — это именно то, что обычно сохраняется в ископаемом состоянии. Бесскелетные животные — такие, как кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, беспанцирные моллюски, — в палеонтологической летописи практически не встречаются. Если мягкие ткани связывают организм с атмосферой и гидросферой, то скелет приближает его к литосфере — твердой оболочке Земли, состоящей из горных пород. Ведь скелет — это такой же камень (даже если он называется костью), точнее, минерал, как и те минералы, из которых состоит осадочная горная порода.

Посмертные изменения, ведущие к достижению равновесия со средой (в полном соответствии со вторым началом термодинамики), относительно быстро сглаживают отличия биогенных минералов от прочих. Эти процессы начинаются еще при жизни, особенно у организмов, которые не используют весь свой скелет, а живут лишь в его новообразованной части. Так, скелет корал-линовой губки, построенный из кремневых спикул и ше-стоватых арагонитовых кристаллов (арагонит — это разновидность карбоната кальция, но с примесью стронция и с иной, чем у кальцита, формой кристаллов), как только организм утрачивает над ним контроль, начинает меняться: сначала место органических оболочек, окружавших каждую спикулу или кристалл, замещает кальцит, после чего спикулы растворяются, и полости тоже заполняются кальцитом. Затем приходит черед арагонита — каждый кристалл распадается, но его шестоватая форма сохраняется благодаря кальцитовой оторочке, а затем наполняется новым содержанием — мелкокристаллической кальцитовой мозаикой, иногда с повышенным содержанием стронция, характерным для навсегда исчезнувшего арагонита. Даже в наиболее благоприятных условиях первичный арагонит редко «живет» дольше 300 миллионов лет, но его своеобразная форма указывает на то, что среди самых первых организмов с известковым скелетом, появившихся в конце эдиакарского периода (555 миллионов лет назад), были и виды с арагонитовой раковиной. Именно с этого времени ископаемая летопись, прежде всего отражающая развитие скелетных организмов, становится хорошо читаемой.

Однако эта летопись содержит не только скелетные остатки. Клетчатка (целлюлоза), из которой в основном состоят клеточные стенки растений, является органическим полимером и по своей устойчивости не уступает полимерам искусственным — полиэтилену и целлофану. Потому растительные остатки сохраняются не хуже минеральных скелетов, а древнейшим из них, принадлежавшим, по-видимому, водорослям, — около 2,1 миллиарда лет (раннепротерозоиская эра). Это отнюдь не означает, что подобные остовы не претерпевают никаких изменений: происходит полимеризация углеводородов, особенно если горная порода подвергается нагреву и давлению, пока не образуются наиболее устойчивые в данных условиях молекулы. Органические полимеры животного происхождения менее стабильны — самой старой кутикуле (от лат. cuticula — кожица) членистоногого, которая удержала следы первичного состава, всего 25 миллионов лет.

Долгоживущими являются части некоторых органических молекул (биомаркеры), например кольцевые участки ароматических и алифатических углеводородов. Поскольку каждую группу организмов характеризуют определенные углеводороды, их присутствие в осадочных породах свидетельствует о том, какие организмы жили во время накопления этих осадков. Например, стераны всегда образуются из стероидных спиртов — стеринов, входящих в состав клеточных мембран (самый известный из них — холестерин — характерен для животных). Есть свои биомаркеры и у метанобразующих архей (кроцетан); они указывают, что подобные бактерии жили более двух миллиардов лет назад. При этом если бы сохранились тельца самих бактерий, их все равно невозможно было бы отличить от любых других.

Однако дольше всего свидетельства о существовании жизни удерживают устойчивые изотопы, точнее, их соотношение. Например, цианобактерии и большинство зеленых растений при фотосинтезе отбирают из двух устойчивых изотопов углерода более редкий и более легкий (с 12 нейтронами в ядре). По повышенному содержанию этого изотопа в осадочных породах можно понять, что накапливались они при жизни подобных организмов, даже если осадки претерпели некоторый нагрев и химические преобразования. Так было установлено, что жизнь на Земле существовала уже 3,86 миллиарда лет назад (в самом начале архейского зона).