УЧЕБНИК ПО ПАЛЕОБОТАНИКЕ

ВВЕДЕНИЕ. Ископаемые растения. Задачи палеоботаники

Палеоботаника является составной частью палеонтологии и неотъемлемой отраслью геологии. Предметом изучения палеоботаники служат остатки растений, существовавших в прошлые геологические периоды. Исследование древних растений раскрывает историю развития растительности и связь ее с изменениями, которые переживала поверхность нашей планеты. Это позволяет объяснять закономерности развития и распространения современных растений.

Растения составляют значительную часть органического мира Земли. Без растений не могут существовать животные и люди, растения оказывают влияние на состав атмосферы, которая окружает Землю, участвуют в образовании горных пород. Подобную роль выполняли растения в течение долгой истории Земли. Несомненным является первичное появление и расселение растений, за которыми следовало развитие животных.

На земном шаре существуют различные ландшафты: горные, лесные, степные, пустынные. Каждому ландшафту соответствует свой комплекс растений, своя флора. В неменьшей степени состав растений зависит от климата. Всем известна разница между растениями тропиков, приполярных областей и умеренных зон. Поэтому растительность можно рассматривать как показатель географической среды, а по остаткам растений определять, какие географические условия их породили. Решение этой задачи является одной из проблем палеоботаники.

Ископаемые растения нередко помогают определять устройство древнего рельефа: устанавливать, где была речная долина, где эта река замедляла течение, образуя болото, где проходил берег опресненного морского залива, где поднимались горные склоны и где расстилались древние пустыни. Как это делается? Если в слоях горных пород в изобилии встречаются остатки тростников, осок, кувшинок, это будет свидетельствовать о заболоченности места, где захоронились растения. Если в составе собранных остатков преобладают полыни, солянки и другие засухоустойчивые растения, то перед нами будет рисоваться пустынная степь.

Растения являются материалом, из которого образуются такие полезные ископаемые, как уголь, торф, газ, горючие сланцы. Кроме того, гниющая масса растений обладает свойством концентрировать в себе некоторые редкие элементы, например германий. Менее известна, но очень существенна роль растений в образовании известняков, бурых железняков, некоторых кремнистых пород.

Немаловажной задачей палеоботаники является определение геологического возраста горных пород. Оно основано на эволюционном развитии растений, которые, так же как и весь органический мир, развивались от простых форм к сложным. Таким образом, древним отложениям отвечают простейшие формы растений, а новейшим — растения, приближающиеся к современным.

Определение возраста отложений по остаткам ископаемых организмов связано с изменением состава их видов, родов и более крупных систематических единиц (семейств, классов и др.) во времени. Надо отметить, что точность и детальность установления возраста по остаткам растений значительно уступают определениям по остаткам морских животных. Это зависит от самой природы растения. Большинство животных при наступлении неблагоприятных условий (засуха, наводнение, извержение вулкана) покидает данную область. Растения лишены этой возможности, как правило, они в течение всей жизни связаны с местом своего обитания. При относительно небольших изменениях со стороны внешней среды, главным образом климата, растения продолжают существование в этой же местности, обладая способностью приспосабливаться к переменам. Примером могут служить береза и ива: в благоприятных условиях умеренного климата это крупные деревья, а в тундре — низкорослые кустарники.

В Кузнецком каменноугольном бассейне, который из- вестей как богатейший бассейн карбонового и пермского возрастов, мощность толщи, содержащей пласты угля, превышает 10 км. Установлено, что эта толща накапливалась в течение многих миллионов лет. Изучение остатков растений в Кузбассе показывает, что некоторые роды и даже виды растений существовали очень долго без значительных изменений. Следовательно, географическая обстановка в каменноугольном и пермском периодах менялась постепенно, и растения постепенно привыкали к новым условиям.

Виды растений более долговечны, чем виды животных. Именно из-за этих причин международная геохронологическая шкала разработана на основе данных палеозоологии, а не палеоботаники. Однако в некоторых континентальных осадочных толщах земной коры нет остатков животных, но часто встречаются остатки растений, и тогда определение возраста может производиться только с их помощью.

Задачи палеоботаники, таким образом, в достаточной мере разнообразны. Решение их требует всестороннего изучения сохранившихся остатков. Методика изучения ископаемых растений сильно отличается от той, которой пользуются ботаники, изучающие современные растения. Ботаники имеют возможность наблюдать растение во всех стадиях его развития от всходов до цветения и плодоношения. Для ботаника доступно изучение корня, стебля, листа, семени и плода растения в разное время их жизни. Ботаники суммируют все внешние (морфологические) и внутренние (анатомические) признаки растительного организма и на основании этого классифицируют его, т. е. находят его место в рядах существующего множества растений.

Палеоботаники лишены этой возможности. Если найден отпечаток листа, то, как правило, остается неизвестным ствол, на котором развивался этот лист. Наоборот, если найден ствол, то нельзя определить, какие листья, цветки и плоды он имел. Очень трудно, а часто и невозможно, увязать разрозненные остатки, рассеянные даже в одном слое горной породы, в единый организм растения. Эту особенность сохранения ископаемых органических остатков Ч. Дарвин назвал неполнотой геологической летописи. Поэтому можно понять, что для древних растений вид или даже род устанавливается не на основе изучения всего организма, а по остаткам листьев, семян или других органов. Такой «вид» или «род» не соответствует этим понятиям у современных растений.

В настоящее время предложено виды, установленные только по одному органу, именовать орган-вид (орган- род). Классификация растений по одному органу носит название искусственной, в отличие от естественной классификации, применяемой в ботанике и основанной на изучении всего организма растения и, в первую очередь, органов размножения. Особенности палеоботанического материала обусловили создание методов, отличающихся от ботанических.

В ботанике разделение растений проводится преимущественно по систематическим признакам—однодольные, двудольные, спайнолепестные, раздельнолепестные и др. или по принципу хозяйственного использования — плодовые, лубяные, злаки, кормовые растения, алкалоиды и т. д. Такое деление растений в палеоботанике невозможно. В изучении сохранившихся остатков существенную роль играют внешние признаки: форма листьев, тип жилкования, строение края листа или величина и форма пыльцевых зерен, скульптура их оболочек. Эти признаки в ботанике также учитываются, но как второстепенные, не имеющие решающего значения в систематике.

За последние десятилетия: в палеоботанике выделились новые методы: изучение анатомии ископаемых дре- весин — палеоксилология, изучение ископаемых спор и пыльцы — спорово-пыльцевой анализ, семян — карполо- гический анализ, сохранившихся покровных тканей листьев — эпидермальный анализ.

Вследствие недостаточной сохранности древних растений полного представления о составе флор прошлых геологических периодов нет; знания о них непрерывно пополняются, но все еще остаются далекими от завершения. Если современная флора насчитывает свыше 300 000 видов только наземных растений, то для всех минувших периодов установлено всего около 50 000 видов. Учитывая, что многие остатки, принадлежащие одному виду, определяются зачастую как два, а возможно и три орган- вида (лист, семя, ствол) общее число известных древних видов будет еще меньшим. Безусловно, развитие растений сопровождается возрастанием числа видов во времени, но указанная цифра древних видов, конечно, является свидетельством неполноты имеющихся сведений. Широкое применение буровых работ и детальная геологическая съемка в значительной степени ускорили и улучшили сбор палеоботанического материала, что позволило палеоботаникам повысить темпы исследования и раздвинуть горизонты представлений о флорах минувшего. Поэтому стало возможным создать единую систематику, охватывающую древние, в значительной части уже вымершие растения и их современных потомков. Эта систематика отражает основные этапы развития растительного мира Земли.