ROZWÓJ ŚWIATA ORGANICZNEGO

Skamieniałości zachowują się w skałach osadowych, czyli powstających z nagromadzenia się osadu na dnie zbiorników morskich lub lądowych. Są zatem kluczem do rozróżniania skał pochodzenia lądowego i morskiego. Skamieniałości przewodnie charakteryzują się wąskim zasięgiem stratygraficznym, to znaczy, że żyły stosunkowo krótko w czasie geologicznym (kilka-kilkanaście mln lat) i szerokim rozprzestrzenieniem geograficznym. Służą one do określania wieku skał (biostratygrafia). Przykładem takich skamieniałości są trylobity czy amonity (patrz Tabela stratygraficzna). Obecnie coraz większą rolę w biostratygrafii odgrywają mikroskamieniałości, czyli formy, które można rozpoznać przy użyciu lupy lub mikroskopu. Należą do nich m.in. konodonty, otwornice, akritarchy oraz spory i pyłki roślin.

Zwierzęta żyjące w dawnych okresach geologicznych pozostawiły ślady swej działalności życiowej, takie jak: ślady pełzania po dnie zbiorników wodnych, ślady żerowania w mule czy odciski stóp w przypadku kręgowców lądowych (karty ćwiczeń L 3.3a, 3.3b). Ślady te, zwane skamieniałościami śladowymi lub ichnoskamieniałościami mogą zachować się w skałach.

Skamieniałości ulegają zniszczeniu pod wpływem procesów geologicznych takich jak wietrzenie czy metamorfizm. Dlatego skały przeobrażone i część skał osadowych pozbawione są skamieniałości. Pierwsze ślady życia w postaci bakterii i prymitywnych glonów znaleziono już w skałach wieku archaicznego. W proterozoiku są one coraz liczniejsze (patrz Tabela stratygraficzna).

Pełniejszy zapis rozwoju świata organicznego datuje się od początku ery paleozoicznej, czyli od kambru (ok. 541 ± 1 – 485,4 ± 1,9 mln lat temu), kiedy pojawiły się organizmy szkieletowe. Przewodnią skamieniałością dla tego okresu były morskie stawonogi trylobity. Przemieszczając się po dnie pozostawiały ślady przypominające pleciony warkocz. Trylobity przetrwały do końca ery paleozoicznej, ale po okresie sylurskim nie miały już znaczenia stratygraficznego, czyli nie mogą już służyć do określana wieku warstw skalnych. Inne skamieniałości kambryjskie to archeocjaty – prymitywne jamochłony prowadzące osiadły tryb życia. Ważnymi dla biostratygrafii kambru są akritarchy. W ordowiku (ok. 485,4 ± 1,9 – 443,4 ± 1,5 mln lat temu) świat organiczny stał się bogatszy. Pojawiło się dużo morskich ramienionogów, mięczaków (ślimaki, głowonogi – łodziki), pierwsze koralowce oraz planktoniczne organizmy pokrewne strunowcom, zwane graptolitami. Skamieniałościami przewodnimi dla ordowiku są trylobity i graptolity. Pod koniec ordowiku występowały już pierwsze prymitywne rośliny naczyniowe. Sylur (ok. 443,4 ± 1,5 – 419,2 ± 3,2 mln lat temu) to okres dalszego rozwoju roślin na lądzie (ryniofity i trimerofity). W morzach pojawiły się pierwsze ryby (heterostraki). Stawonogi, takie jak wielkoraki, osiągnęły duże rozmiary. Wśród skamieniałości przewodnich, oprócz trylobitów i graptolitów wymienić należy ramienionogi. W dewonie (ok. 419,2 ± 3,2 – 358,9 ± 0,4 mln lat temu), w wielu miejscach na świecie, dochodziło do rozwoju raf koralowych (GŚ 1.4). Bogaty świat morskich bezkręgowców reprezentowały ramienionogi, małże, ślimaki i głowonogi, których skamieniałości zobaczymy w punktach wycieczkowych GŚ 1.1, 1.4 i 2.4. Liczne występowały tzw. bezszczękowce pancerne (ostrakodermy) i ryby pancerne zwane plakodermami. Ich rekonstrukcje możemy oglądać na wystawie w Centrum Geoedukacji w Rezerwacie Wietrznia im. Z. Rubinowskiego w Kielcach. Pojawiają się owady oraz pierwsze kręgowce lądowe (tetrapody), które wyewoluowały z ryb mięśniopłetwych. Z nich rozwinęły się płazy, a potem pozostałe gromady kręgowców. Ślady tetrapoda zobaczymy w punkcie wycieczkowym GŚ 5.1, a rekonstrukcje wraz z tropami – w Muzeum Geologicznym Oddziału Świętokrzyskiego Państwowego Instytutu Geologicznego-Państwowego Instytutu Badawczego w Kielcach. Lądy porastają prymitywne widłaki, skrzypy i paprocie. Pojawiają się duże zbiorowiska roślinne, tzw. lasy archeopterysowe. Z końcem dewonu wymierają ryby pancerne oraz prymitywne rośliny (ryniofity, trimerofity i zosterofilofity). Skamieniałościami przewodnimi dla dewonu są: ramienionogi, głowonogi (goniatyty, klimenie) i elementy szkieletowe niewielkich robakokształtnych strunowców, zwane konodontami. W karbonie (358,9 ± 0,4 – 298,9 ± 0,15 mln lat temu) pojawiają się gady i owady uskrzydlone (ważki – meganeura, karaczany). Okaz praważki zobaczymy w punkcie wycieczkowym JKC 1.2, podobnie jak okazy drzewiastych paproci, skrzypów, widłaków (lepidodendron, sigilaria) i kordaitów. Pojawiają się już pierwsze rośliny nagozalążkowe. Z tych roślin powstały złoża węgla (JKC 1.1). Pod koniec karbonu wymierają graptolity. Skamieniałościami przewodnimi dla karbonu są ramienionogi, głowonogi (klimenie), konodonty oraz morskie organizmy planktoniczne zwane otwornicami. W permie (298,9 ± 0,15 – 252,17 ± 0,06 mln lat temu) obserwuje się rozwój gadów. Pojawiają się gady naczelne (archozaury). Wśród roślin dominują nagozalążkowe drzewa miłorzębowe i glosopterysowe. Skamieniałościami przewodnimi permu są głowonogi (amonity), ramienionogi i otwornice. Na granicy permu i triasu, czyli na granicy ery paleozoicznej i mezozoicznej, miało miejsce największe wymieranie w historii Ziemi, obejmujące większość organizmów morskich oraz roślin na lądzie.

W pierwszym okresie ery mezozoicznej, zwanej erą gadów, czyli w triasie (252,17 ± 0,06 – 201,3 ± 0,2 mln lat temu) pojawiają się płazy bezogonowe, przodkowie żab. Zróżnicowaniu ulegają gady, wśród których wyróżnić można: żółwie, dinozaury, plezjozaury, ichtiozaury, rauizuchy i gady ssakokształtne – dicynodonty. Pojawiają się też pierwsze ssaki. Ślady triasowych kręgowców możemy obserwować w punkcie wycieczkowym GŚ 6.2 a rekonstrukcje tych zwierząt w punkcie wycieczkowym GŚ 6.1. Skamieniałości morskich bezkręgowców – ramienionogów, małżów i liliowców oglądamy w punkcie wycieczkowym JKC 1.3. Wśród roślin pojawiają się pierwsze rośliny iglaste oraz benetyty. W trasie wymierają rośliny glosopterysowe, zwierzęta konodontowe i szereg grup kręgowców. Skamieniałościami przewodnimi dla triasu są głowonogi (amonity), małże i ramienionogi. W jurze (201,3 ± 0,2 - 145 mln lat temu) licznie występują gąbki, morskie mięczaki – małże, ślimaki i głowonogi (amonity, belemnity). Ich skamieniałości spotkać możemy w następujących punktach wycieczkowych: GŚ 4.1 i 4.3, JKC 2.1, 2.2, 3.2, 3.5, 4,1 i 4.2. Lądy zasiedlają dinozaury. Ślady wczesnojurajskich dinozaurów obserwujemy w punkcie wycieczkowym GŚ 5.3, a rekonstrukcje w GŚ6.1. Pojawiają się też lotne dinozaury (czyli ptaki – np. Archeopteryx) i ssaki wyższe. Wymierają gady ssakokształtne. Z florą wczesnojurajską możemy się zapoznać w punktach wycieczkowych GŚ 5.3 i 6.4. Skamieniałościami przewodnimi dla jury są morskie głowonogi – amonity. W kredzie (145-66 mln lat temu)w dalszym ciągu różnicują się dinozaury, dalszemu rozwojowi ulegają ssaki. Po raz pierwszy pojawiają się torbacze i łożyskowce. Wśród roślin pojawiają się okrytozalążkowe. Skamieniałościami przewodnimi dla kredy są: amonity, belemnity, małże i otwornice. Na granicy kredy i paleogenu, czyli ery mezozoicznej i kenozoicznej miało miejsce kolejne wielkie wymieranie, które objęło zarówno zwierzęta morskie (amonity, belemnity, plezjozaury, ichtiozaury) jak i lądowe (nielotne dinozaury, pterozaury, ptaki uzębione), a wśród roślin – benetyty. Za przyczynę tego wymierania przyjmuje się wzmożony wulkanizm, zmiany klimatyczne i uderzenie planetoidy, jako czynnik dodatkowy.

Era kenozoiczna zwana jest też erą ssaków. W paleogenie (66 – 23,03 mln lat temu) ssaki osiągają już duże rozmiary. Do ich szybkiego rozwoju doszło dzięki pojawieniu się traw i powstaniu na Ziemi olbrzymich obszarów stepów i sawann stanowiących naturalne pastwiska. Występują pierwsze ssaki fruwające (nietoperze), gigantyczne ssaki lądowe, jak indrykoterium spokrewniony z nosorożcem, oraz morskie (walenie, delfiny). W neogenie (23,03 – 2,588 mln lat temu) pojawiają się małpy człekokształtne. W czwartorzędzie (plejstocen), od 2,588 mln lat temu, na ziemiach Polski pojawiają się duże ssaki przystosowane do zimnego klimatu, jak mamuty, nosorożce włochate czy niedźwiedzie jaskiniowe. Historię rozwoju życia zamyka rozdział związany z pojawieniem się człowieka, co miało miejsce u schyłku kenozoiku, 2,5 mln lat temu.

Ciekawostki:

Archeologia i jej metody datowania

Zasadnicza różnica między geologią a archeologią polega na rozdzielczości badanych odcinków czasu. W geologii są to miliony i setki tysięcy lat, w archeologii natomiast dziesiątki tysięcy, pojedyncze tysiące, a nawet setki lat. Jedną z metod datowania stosowaną w archeologii jest tzw. metoda radiowęglowa wykorzystująca połowiczny czas rozpadu promieniotwórczego izotopu węgla 14C. Metoda ta ma zastosowanie do około 50 000 lat wstecz. Archeologia związana jest poza tym z samym człowiekiem, jego kulturą i wytworami jego działalności oraz towarzyszącymi mu zwierzętami.

W historii kultury materialnej wyróżniane są trzy epoki: paleolit, mezolit i neolit. W obrębie neolitu z kolei wydziela się epokę kamienia łupanego, brązu i żelaza. Czas ich trwania był różny w zależności od regionu geograficznego. Przykładowo podczas, gdy na obecnych ziemiach polskich trwał jeszcze neolit (np. kopalnia krzemieni pasiastych w Krzemionkach koło Ostrowca Świętokrzyskiego), na Bliskim Wschodzie panowała już epoka brązu.

Tropy zwierząt kręgowych

Wyjście zwierząt z morza na ląd miało miejsce w dewonie. Z tego okresu pochodzi najstarsze na świecie znalezisko śladów zwierzęcia poruszającego się na czterech kończynach, czyli tetrapoda, w Górach Świętokrzyskich. Ślady płazów i gadów spotykane są w piaskowcach triasu, również na terenie Gór Świętokrzyskich. Najbardziej znane są tropy jurajskich dinozaurów. Aby ślad zwierzęcia zachował się w skałach, muszą zaistnieć sprzyjające ku temu warunki. Trop powinien być odciśnięty w wilgotnym mule (czyli po prostu błocie) i stosunkowo szybko przykryty piaskiem, zanim nie zostanie zniszczony. Po upływie kilkudziesięciu milionów lat, luźny piasek ulegnie stwardnieniu, czyli lityfikacji i stanie się skałą – piaskowcem/wapieniem/mułowcem. Wówczas na jego dolnej (spągowej) powierzchni widoczny będzie naturalny odlew tropu. Jest on wypukły w stosunku do pierwotnego, wklęsłego odcisku.

Doświadczenie:

Wykonaj własny model tropu dinozaura.

Materiał: gips, nóżka kurczaka, tłuszcz (olej, smalec).
Odcisśnij nóżkę kurczaka w wilgotnym gipsie pamiętając, że przeciwstawny kciuk u dinozaurów zwykle był uniesiony do góry. Pozostaw odcisk do wyschnięcia, a następnie posmaruj go tłuszczem (separator) i zalej następną porcją płynnego gipsu. Po wyschnięciu górnej warstwy gipsu i po rozdzieleniu warstw powstanie wypukły odlew tropu, tak jak miało to najczęściej miejsce w naturze.

Paleoekologia jest nauką o środowisku życia dawnych, wymarłych już zwierząt. Poprzez analogie ze środowiskiem życia współczesnych organizmów oraz dzięki informacjom zawartym w skałach, rekonstruuje się warunki, w jakich żyły dawne zwierzęta i rośliny. Przykładem może być próba odtworzenia warunków życia w morzu dewońskim, sprzed 360 mln lat w Centrum Geoedukacji w Kielcach.

Na podstawie obserwacji współczesnych raf koralowych wiemy, że kopalne (zachowane jako skamieniałości) koralowce i inne jamochłony, żyły w płytkiej, dobrze natlenionej i nasłonecznionej wodzie. Takie warunki panowały w dewonie na terenie dzisiejszego miasta Kielce w Górach Świętokrzyskich, gdzie turystom oferuje się spacer po „dewońskiej rafie”.

W dennych partiach głębokich dewońskich zbiorników morskich panowały bardzo niekorzystne warunki życia; brakowało tu światła i tlenu, a często gromadziły się trujące gazy, np. siarkowodór. W tym środowisku, pozbawionym korali i innych dennych organizmów szkieletowych, osadzały się ciemne wapienie i łupki. Jednak w tych ciemnych skałach, powstałych w tak niesprzyjających warunkach, występują liczne skamieniałości (np. głowonogi – goniatyty). Dlaczego? Czy były tak odporne na zabójcze czynniki środowiskowe? Nie, były na nie bardzo wrażliwe. Po prostu nie były uzależnione od warunków na dnie zbiornika, gdyż żyły znacznie wyżej w toni wodnej, swobodnie pływając w natlenionej wodzie blisko powierzchni oceanu. Dopiero martwe opadały na dno i tam się zachowały. Wśród dewońskich ryb też stwierdzono zróżnicowanie na formy denne (uzależnione od warunków na dnie) i swobodnie pływające – niezależne od tych warunków.

Innym przykładem badań paleoekologicznych jest rekonstrukcja środowiska życia jurajskich dinozaurów na podstawie pozostawionych przez nie śladów. Same kości dinozaurów są dość rzadko znajdowane, a jeszcze rzadziej spotykane są większe fragmenty szkieletów. Wynika to z tego, że szczątki zwierzęce po śmierci były zjadane przez inne zwierzęta i mikroorganizmy oraz przenoszone i niszczone przez procesy erozji i wietrzenia. Natomiast ich ślady są spotykane stosunkowo często w różnego typu skałach, powstających w środowiskach lądowych (szczególnie równin rzecznych, równin deltowych, plaż przybrzeżnych). Na podstawie zachowanych w tych skałach szczątków roślin (odcisków liści, fragmentów gałązek czy pni oraz spor i pyłków), odtwarza się szatę roślinną na lądzie. I tak wiemy, że w jurze rosły paprotniki, sagowce oraz drzewa szpilkowe. Identyfikacja dinozaurów na podstawie ich tropów (tak jak współczesny leśniczy może na podstawie tropów ocenić, jakie zwierzę przeszło przez jego teren) pozwala na uzupełnienie obrazu dawnego świata.

Ciekawym tematem dla paleoekologa jest jurajska roślinność kopalna. Znajdowane w skałach szczątki różnych organów roślinnych są na ogół przemieszczone, pokruszone i wymieszane przez wiatry i prądy wodne. Wyjątek stanowią korzenie roślin zagłębione w podłożu, przez co częściej zachowujące się na swoim miejscu, zwłaszcza w obniżeniach i na terenach podmokłych, chronionych przed erozją. Nad korzeniami roślin często dochodzi do nagromadzenia się humusu (tzw. poziomy gleb kopalnych) i mogą pojawić się nawet warstwy węgla.

Dzięki paleoekologii możliwe było też ustalenie, jak powstawały jurajskie konkrecje krzemienne, eksploatowane przez górników neolitycznych na obszarze dzisiejszych Krzemionek. Na dnie płytkich lagun, gdzie z wody wytrącał się muł wapienny, żerowały morskie skorupiaki – kraby i krewetki. Drążyły one nory i kanały, do których wciągały szczątki organiczne. Na szczątkach tych rozwijały się bakterie, stanowiące potem pokarm dla larw i młodocianych osobników. Substancje powstające w procesie gnicia materii organicznej obniżały pH wody i przyspieszały wytrącanie krzemionki z wody morskiej, która gromadziła się w tych norach i kanałach. Po stwardnieniu kształt konkrecji krzemiennej miał nieregularną formę nory, która spełniała rolę formy odlewniczej.

Pytania i polecenia:

• Co to są skamieniałości przewodnie?
• Podaj przykłady przedstawicieli współczesnej flory i fauny zaliczanych do tzw. żyjących skamieniałości.

Dyskusja:
Dzięki czemu dinozaury zdominowały świat zwierząt na 150 mln. lat? Jakie środowiska zamieszkiwały? Czy były stałocieplne, jakie mamy na to dowody? Polskie dinozaury – skąd je opisano i na podstawie jakich znalezisk? Dlaczego wyginęły? (różne teorie) Czy wyginęły całkowicie, czy też pozostawiły swoich kuzynów?

Propozycja:
Stworzenie galerii rekonstrukcji różnych gatunków dinozaurów z dostępnych powszechnie źródeł.