Доцент кафедры исторической геологии и палеонтологии Геолого-геофизического факультета Новосибирского государственного университета, кандидат геолого-минералогических наук Игорь Косенко рассказал о формировании современных экосистем и уникальной биоте Джехол, которая навсегда изменила представление ученых о динозаврах и других доисторических существах, обитавших на нашей планете 120 миллионов лет назад. О том, каким был мир на закате мезозойской эры — в Меловом периоде, узнали слушатели его лекции, которая состоялась в рамках «Недели Дарвина» — научно-популярного марафона, который традиционно проводит НГУ в феврале. В этом году мероприятие впервые проходило на площадке нового кампуса НГУ.
Зарождение жизни на планете
Наземные экосистемы мелового периода сильно отличались от современных. Тем не менее истоки современных наземных экосистем уходят именно в первую половину мелового периода. В современных наземных экосистемах есть место у самых разнообразных растений — от мхов и лишайников до гигантских секвой и цветковых растений. При этом в настоящее время господствуют цветковые растения, хотя и голосеменные чувствуют себя вполне комфортно. Среди животных большое значение имеют высшие позвоночные, а именно — млекопитающие и птицы. А среди позвоночных-обитателей пресноводных водоемов преобладают костистые рыбы. Но так было не всегда.
Наша планета сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад. Жизнь на ней появилась тоже довольно быстро — по меркам ее истории. Первые экосистемы слагали цианобактерии, и появились они примерно 3,8 миллиардов лет назад. К нашему времени от них остались строматолиты — ископаемые остатки цианобактериальных матов. Эти примитивные организмы, клетки которых не имели ядра, обладали способностью к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением кислорода. Через сотни миллионов лет накопление кислорода в атмосфере Земли со временем хоть и убило все организмы, адаптированные к бескислородным условиям, зато дало начало развитию новым обитателям планеты, сформировавшим экосистемы из первых многоклеточных морских организмов, получивших название «эдиакарская биота». Произошло это в конце протерозоя примерно 630 миллионов лет назад. У этих существ еще не было минерального скелета, поэтому до наших времен сохранились лишь редкие отпечатки в немногочисленных местонахождениях с особыми условиями. Они есть на всех континентах. Найдены такие местонахождения и в нашей стране — на Белом море и в Восточной Сибири. Все ископаемые остатки, которые ученым удалось обнаружить, довольно разнообразные отпечатки мягкотелых организмов. Считается, что большая часть этой биоты не оставила потомков, хотя некоторые организмы рассматриваются как предки некоторых современных групп организмов, например, членистоногих.
Далее — примерно 538 миллионов лет назад — произошел Кембрийский взрыв, когда на месте мягкотелой эдиакарской биоты внезапно появилось множество организмов с минеральным скелетом: моллюски, иглокожие, брахиоподы, хордовые. Мир стал другим. Внезапно в палеонтологической летописи появилось многочисленное количество остатков с минеральным скелетом. Правда, первые организмы были довольно примитивными. Так, древнейшие хордовые выглядели наподобие ланцетника и вели придонный образ жизни. Именно они являются нашими самыми дальними кембрийскими предками. Затем экосистемы постепенно начали усложняться.
В ордовикском периоде — 460-443 миллиона лет назад — появилась такая важная группа организмов, как кораллы. Они стали главными рифостроителями, за счет чего начало бурно расширяться биоразнообразие. Все эти события в эволюции биосферы были связаны с глобальными геологическими событиями, когда постоянно дрейфовали континенты, открывались и закрывались океаны, происходили колебания уровня моря, и эволюция биоты во многом стала откликом на геологическую эволюцию нашей планеты.
Освоение суши
Далее в силуре — 443- 420 миллионов лет назад — произошло важнейшее для наземных экосистем событие — появились первые наземные растения — риниофиты. Предположительно они произошли от водорослей и занимали прибрежные участки водоемов. Они еще не уходили далеко от побережья, но, тем не менее, были первыми растениями, которые освоили сушу.
Много важных событий, связанных с освоением суши животными, произошло в девонском периоде. Примерно 400 миллионов лет назад на сушу начали выходить животные, близкие к паукообразным, появились первые амфибии, которые произошли от кистеперых рыб.
— Каменноугольный период (карбон), длившийся примерно от 359 до 299 млн лет назад, стал важнейшим для угленакопления. Наземные экосистемы стали заполнять все пространство на Земле, появились многочисленные леса из гигантских папоротников, плаунов и хвощей, которые достигали гигантских размеров — вырастали размером с современные деревья. За счет появления большого количества растений уровень кислорода в атмосфере повысился, вследствие чего членистоногие стали достигать гигантских размеров, — сказал Игорь Косенко.
Низины были заполнены лесами, которые состояли из гигантских древовидных хвощей, папоротников и плаунов. На суше обитали двухметровые многоножки артроплевры, в воздухе парили гигантские стрекозы меганевры. В целом же для карбонового периода характерно увеличение разнообразия наземных позвоночных. Появляются первые представители группы высших позвоночных — синапсиды, которые и стали прародителями млекопитающих. А появление диопсид привело к возникновению рептилий, и в конечном итоге — формированию птиц. Поначалу эти животные были не очень большого размера.
Новые условия
В пермском периоде палеозойской эры — от 299 до 252 млн лет назад — в результате дрейфа материков образовался единый суперконтинент Пангея, вследствие чего влажный климат сменился засушливым, и на планете стали процветать организмы, которые приспособились к новым условиям. В растительном мире господствовали голосеменные, а амфибий потеснили рептилии, которые стали очень разнообразными. Примечательно, что у них появилась важная продвинутая черта: яйцо, ограниченное от внешней среды скорлупой и дающее эмбриону возможность выживать в засушливых условиях. Кроме того, рептилии ушли от промежуточных стадий развития (таких как головастики у лягушек), благодаря чему стали более успешно осваивать засушливые ландшафты. Наибольшее разнообразие получила группа высших позвоночных — синапсиды, — отличающаяся от другой группы — диапсид — строением черепа. Кстати, люди также являются синапсидами.
— Палеозойская эра закончилась массовым пермским вымиранием — самым масштабным в истории земли. По сравнению с ним катастрофа с падением гигантского метеорита, происшедшая 66 миллионов лет назад, в результате которой вымерло большинство динозавров, была не самой масштабной. Пермское вымирание было связано с катастрофическим извержениям вулканов на территории современной Сибири примерно 252 миллиона лет назад. Масштабы этого события были таковы, что вымерло 57% семейств организмов, 83% родов организмов, 81% морских видов и 70% наземных видов организмов. Его продолжительность современными учёными оценивается примерно в 60 000 лет, — рассказал Игорь Косенко.
После катастрофы
Затем начался новый рубеж эволюции биосферы нашей планеты — мезозойская эра. В первом ее периоде — триасе — экосистемы земли постепенно начинают восстанавливаться после катастрофического вымирания. Формируются новые морские экосистемы, где на смену доминировавшим в палеозое группам (например, брахиоподам) приходят новые группы организмов — двустворчатые моллюски, которые были более совершенны и более адаптированы к меняющимся условиям среды. Среди наземных позвоночных доминируют рептилии, среди хвойных растений появляются довольно прогрессивные группы, такие как сосновые, араукариевые и кипарисовые. Папоротники продолжают свое развитие. Если пермский период был веком зверообразных синапсид, в триасовом периоде на порядок вырастает разнообразие диапсид. В конце триасового периода появляются первые динозавры. Причем, две основные группы практически одновременно — ящеротазовые и птицетазовые динозавры. Сначала они были очень скромных размеров, однако в дальнейшем развились в настоящих гигантов.
Также в триасовом периоде происходит первая удачная попытка рептилий освоить воздушную среду и появляются летающие животные. Первые их представители величиной чуть больше современной домовой мыши. В юрском периоде они продолжают свое развитие, а затем следует меловой период, о котором ученые получили детальное представление благодаря обнаружению уникальной Фауны Джехол.
Первые пернатые
Биота Джехол представляет собой комплекс ископаемых организмов, относящихся к меловому периоду. Их возраст — возраст 133—120 млн лет. Они сохранились в континентальных отложениях северо-восточного Китая. Именно здесь ученые обнаружили уникальные находки — оперенных динозавров, птиц, млекопитающих, первые цветковые растения и другие окаменелости превосходной сохранности.
— Изучение биоты Джехол проливает свет на происхождение современных экосистем. Детальные исследования палеонтологов позволили не только реконструировать то, как выглядел мир Восточной Азии 133—120 млн лет назад. Впервые представители биоты Джехол были найдены в провинции Ляонин. Теперь мы знаем, что многие динозавры были покрыты перьями. Мы знаем, чем питались эти динозавры. А благодаря современным научным методам палеонтологии удалось даже реконструировать окраску динозавров. Это местонахождение ископаемых животных уникальной сохранности позволило ученым полностью пересмотреть свои представления о наземных экосистемах мезозоя. Мы лучше поняли, насколько был разнообразен мир раннего мела, — пояснил Игорь Косенко.
Первая находка была сделана в середине девяностых годов XX века. Тогда были обнаружены отпечатки мелкого двуногого хищного динозавра — синозавроптерикса. По контуру хвоста этого существа можно разглядеть перья. Именно с этого отпечатка первого известного науке оперенного динозавра и начался интерес исследователей к биоте Джехол. Впоследствии таких находок было сделано множество. В тех же отложениях позднее были найдены и отпечатки разнообразных птиц мелового периода, на которых превосходно сохранилось не только оперение и скелет, но и содержимое желудка. Теперь палеонтологи могли не только установить, как выглядело животное, но и узнать, чем (или кем) оно питалось.
Отдельного внимания заслуживали и остатки древних млекопитающих, которые уже в тот период заняли разные экологические ниши — среди них были древесные и морские животные, а также хищники. Благодаря этим находкам, ученые узнали, что эти хищники охотились на динозавров.
Типичные представители фауны
Игорь Косенко познакомил слушателей с ключевыми представителями биоты Джехол. Самым эффектным их них был синозавроптерикс — двуногий динозавр с короткими верхними конечностями. Благодаря современным методам микроскопии химического анализа удалось реконструировать его окраску. Оказалось, что тело синозавроптерикса было рыжего цвета, а на хвосте присутствовали белые полоски, брюшко было заметно светлее спины, а голова окрашена в два цвета и ее окраска напоминает маску современного енота-полоскуна. Питался этот пернатый динозавр мелкими позвоночными, насекомыми и рептилиями — кости последних были найдены в районе желудочных полостей синозавроптерикса.
— Впервые название «Фауна Джехол» предложил американский палеонтолог Амадеус Грабау еще в 1923 году. А термин «Биота Джехол» в 1962 году закрепил китайский ученый Ж.-В. Гу. Ученые отметили, что в мезозойских породах на северо-востоке Китая очень часто встречаются три организма — двустворчатые пресноводные ракообразные конхостраки, личинки двукрылых насекомых поденок и костистые рыбы ликоптеры. Сохранность этих образцов поражает ученых — можно видеть в мельчайших подробностях каждую чешуйку у рыб, каждую лапку личинок, даже яйца внутри конхостраков, которые погибли 125 миллионов лет назад, — рассказал Игорь Косенко.
Еще один типичный представитель биоты Джехол — пситтакозавр. Интересно, что костные остатки этих примитивных рогатых динозавров во множестве находят в современном Кузбассе. Эти животные были широко распространены в Сибири и Восточной Азии — в Монголии, Китае и даже Таиланде.
Воздушную среду населяли две довольно разных группы животных: птицы и оперенные динозавры. Среди птиц биоты Джехол примечателен конфуциусорнис, обитавший на северо-востоке Китая. Свое название он получил в честь китайского философа Конфуция. От примитивных птиц конфуциусорнис отличается отсутствием зубов в клюве. Сейчас ученые находят прекрасно сохранившихся птиц. Была обнаружена пара конфуциусорнисов, у одного из которых был роскошный длинный хвост, другой же не обладал таким украшением. Исследователи сделали вывод, что у этих птиц, как и у современных нам пернатых, был выражен половой диморфизм и миллионы лет назад в камне застыли самец и самка.
— Для того времени конфуциусорнисы были довольно продвинутыми птицами, потому что, например, у археоптерикса был клюв с зубами и длинный хвост, состоящий из многочисленных позвонков. Еще одной группой животных, освоивших воздушную среду, были птерозавры. Они были очень разнообразны по размерам и рациону. Интересно, что у некоторых остатков птерозавров также были обнаружены волосоподобные покровы, то есть птерозавры, оказывается, были не чешуйчатыми голыми рептилиями, как змеи, ящерицы или черепахи, у них, подобно млекопитающим и птицам, также были волосяные покровы, которые, видимо, служили для поддержания температуры тела, — отметил Игорь Косенко.
Очень распространенным животным биоты Джехол был мелкий оперенный летающий динозавр микрораптор. Примечательно, что у него было не два крыла, как у других, а целых четыре! Это была еще одна попытка позвоночных освоить воздушную среду обитания. Правда, не вполне удачная — микрорапторы просуществовали несколько миллионов лет, а потом вымерли. Их внешний облик также реконструирован по прекрасно сохранившимся отпечаткам, а по меланосомам в окаменелых перьях было установлено, что его оперение было черного цвета.
— Некоторые находки смогли пролить свет на поведение древних животных — отпечатки в камне дали ученым ту информацию, которую невозможно было извлечь даже из самых хорошо сохранившихся остатков скелетов и тем более отдельных костей. Они обнаружили скопления детенышей пситтакозавра, а среди них одну взрослую особь, и сделали вывод — эти динозавры были стадными животными, а за молодью у них следили «няньки». Факт того, что древние млекопитающие охотились на динозавров, также был установлен благодаря палеонаходкам, относящимся к биоте Джехол. Одним из таких охотников был репеномам, а его добычей — те же пситтакозавры, которые, кстати, были растительноядными. Почему ученые сделали такой вывод? Они нашли костные остатки детенышей пситтакозавра в желудочных полостях этого хищника. Но была еще одна уникальная находка — скелеты репеномама и пситтакозавра, сцепившихся в смертельной схватке, которая стала роковой как для хищника, так и для его жертвы, — рассказал Игорь Косенко.
Всеобщий интерес
Как упомянул ученый, жители Китая проявляют большой интерес к палеонтологии. Это свойственно как ученым, так и людям, далеким от науки. Как только происходит какая-либо интересная находка, начинаются исследования гигантских масштабов. Проводятся многолетние исследовательские работы, начинаются массовые раскопки. Палеонтологические находки популяризируют, вокруг них создают сенсации, о них пишут в прессе и сообщают в новостных лентах. Каждое значительное открытие становится сенсацией.
— Раскопки проводятся на больших площадях, поэтому количество находок увеличивается. На местах раскопок строят гигантские музеи, которые широко востребованы как жителями страны, так и многочисленными туристами. Несмотря на то, что за вход предусмотрена плата, количество посетителей велико. Они интересны и детям, и людям почтенного возраста. Яркий пример — музей в г. Чаоян (провинция Ляонин), где были найдены одни из первых организмов биоты Джехол. Вокруг музея — скульптурные изображения ключевых позвоночных этой биоты — динозавров и прочих древних животных. У посетителей есть возможность посетить раскопы и увидеть слои пород, в которых были сделаны палеонтологические находки, ознакомиться с самими находками, которые представлены здесь же под стеклянными колпаками, — добавил Игорь Косенко.
Эти места настолько богаты палеонтологическими находками, благодаря чему отпечатки доисторических рыб и различных беспозвоночных в изобилии представлены в многочисленных сувенирных лавках. Жители Китая с удовольствием покупают их и коллекционируют. Туристы тоже редко уходят без покупок, поскольку цена на такие сувениры невелика.
Перспективное Забайкалье
Игорь Косенко рассказал совестной работе ученых из Института нефтегазовой геологии и геофизики (ИНГГ) СО РАН с китайскими палеонтологами как в Китае, так и на территории российского Забайкалья. Оказывается, у этих территорий похожая геологическая история в меловом периоде, благодаря чему похожей была и биота. Изучая разрезы на местах раскопок в северо-восточном Китае и сравнивая их с забайкальскими, ученые заметили явное сходство.
На протяжении нескольких лет научные сотрудники лаборатории «Палеонтологии и стратиграфии мезозоя и кайнозоя» ИНГГ СО РАН занимаются изучением континентального мезозоя Забайкалья и участвуют в работах на разрезе Турга (другое название — на обнажении Миддендорфа). В меловом периоде здесь находились пресноводные озера, теперь же большая часть обнажения представляет собой задернованные склоны, тем не менее здесь было сделано немало интересных находок, среди которых остатки рыб, конхострак и насекомых тех же видов, что составляют биоту Джехол. По сохранности они не уступают образцам, обнаруженным на северо-востоке Китая: у рыб сохранны все чешуйки, а у ракообразных — микроскопические яйца.
— Вместе с китайскими коллегами мы изучили этот разрез и получили из него зерна циркона вулканического происхождения. Это означает, что их возраст равен возрасту накопления слоя, в котором они и были нами обнаружены. Так что нам повезло — у нас появилась возможность установить возраст наших палеонтологических находок. Датировка с использованием метода радиоактивного распада показала, что им 124 миллиона лет. Выходит, забайкальское и китайское местонахождения доисторической флоры и фауны — одновозрастные. То есть Забайкалье вместе с северо-востоком Китая было центром происхождения биоты Джихол. А значит, вполне возможно, что оно может стать сокровищницей пернатых динозавров. В связи с этим мы продолжаем изучение континентальных разрезов мезозоя в Забайкалье, пытаемся сделать новые находки, реконструировать условия обитания ископаемых животных, а также сравнить с классическими местонахождениями. Уже сейчас можно сказать, что в некоторых разрезах Забайкалья разнообразие рыб превышает то, что мы наблюдаем в классических разрезах Китая. В 2024 году во время совместной экспедиции в Забайкалье наш коллега из Китая обнаружил цепочку окаменевших следов динозавра. А это значит, что впереди у нас еще немало интересных находок, проливающих свет на далекое прошлое нашей планеты, — подытожил Игорь Косенко.
