Записки палеонтолога. По следам предков - Николай Верещагин

Глава V. О чем могут рассказать ископаемые кости

В заключительной главе автору хочется поделиться своим опытом в части обсуждения особенностей ископаемых костей, их характерных признаков. Предположим, что вид животного определен по кусочку кости, по целому черепу или одиночному зубу, но что можно сказать дальше? Ведь один и тот же вид зверя мог существовать на протяжении всего четвертичного периода — антропогена, — почти не изменяясь или изменяясь настолько мало, что морфологические отличия трудно уловимы. Нам же необходимо уточнить эпоху, в которой жил слон, носорог или олень, остатки которых были обнаружены в слое. Для такой оценки существуют разные методы, относительные и абсолютные шкалы.

Относительная шкала может быть геологической (геоморфологической), если возраст костеносного слоя установлен по наименованию (нумерации) морских или речных террас, а также на основе петрографического состава породы. Она может быть и археологической, если возраст слоя с ископаемой костью определен по найденным там же кремневым орудиям. Эти шкалы имеют в основе то положение, что этапы, или уровни, образования террас и перестройки гидросети, так же как и этапы совершенствования техники изготовления орудий, как правило, были более или менее синхронны на больших пространствах материков.

Такая относительная шкала разработана и на палеонтологической основе. Так, каждому крупному временному этапу в пределах антропогена был свойствен свой комплекс видов и свой уровень морфологической эволюции каждого вида млекопитающего. Ископаемые растительные остатки — пыльца, споры и древесина — из костеносного слоя могут быть также приобщены для оценки относительного этапа и условий жизни зверя.

Естественно, что относительные шкалы дают только приблизительные представления об абсолютном времени — эпохе жизни погибшего животного.

Абсолютный и относительный возраст эпохи жизни погибшего зверя узнается и по самой кости, костному веществу, химическими, физическими и органолептическими методами. Все они могут давать реальные результаты только при знании условий захоронения кости и при теоретическом обосновании процесса фоссилизации.

Перекрытая минеральными и органическими осадками кость подвергается в течение времени различным воздействиям новой среды. В судьбах ископаемой кости бывают возможны четыре основных случая (рис. 38).

1. Костное вещество подверглось за тысячелетия минимальному воздействию различных факторов среды и дошло до исследователя в слабо измененном состоянии. Пример — захоронение в вечномерзлом грунте без размораживания и переотложения.

2. Костное вещество подверглось многим влияниям, например намоканию, истиранию и досталось ученому в средне измененном состоянии. Пример — захоронение в речных наносах.

3. Костное вещество подверглось наибольшему влиянию множества факторов и дошло до исследователя в сильно измененном состоянии. Пример — захоронение в делювии склона при последующем перемыве и переотложении в озерных осадках.

4. Костное вещество, подвергшееся воздействию множества факторов, нацело разрушилось, растворилось и исчезло из геологической летописи, не дойдя до исследователя.

Воздействие факторов захоронения на костное вещество называется процессом фоссилизации.

На первой стадии захоронения происходят разложение и потеря органического вещества кости — углеводов, жиров и белков. При этом костный белок — коллаген — оказывается обычно наиболее устойчивым к выщелачиванию и как бы консервируется в костном веществе. Так это бывает у костей, захороненных в аллювии, в озерных осадках и вообще при максимальной увлажненности горной породы.

На второй стадии фоссилизации либо происходит выщелачивание также и кальциевой основы кости, и тогда она нацело разрушается в породе, либо идет вторичное насыщение костного вещества минеральными солями — т. е. вторичная, или дополнительная, минерализация. Вторичная минерализация может быть механической — когда внутренние полости и гаверсовы каналы кости заполняются солями железа, марганца, кальцитом, или химической — когда сама известковая основа, растворяясь и взаимодействуя с поступающими солями, замещается, например кремнеземом.

Рис. 38. Отбирающая решетка факторов и судьбы ископаемой кости. Пояснения в тексте. Ориг.

Как правило, кости зверей антропогенового возраста подвергаются лишь обеднению органическими веществами, а также механической вторичной минерализации. Полное выщелачивание костного белка, коллагена, и химическая вторичная минерализация характерны для ископаемых костей млекопитающих третичного периода и более древних.

На эффекте постепенного обеднения ископаемой кости костным белком основан и простейший метод определения древности кости, разработанный у нас академиком И. Г. Пидопличко. Навеска размельченной кости в несколько граммов сжигается в муфельной печи при 800° С, и по зольному остатку определяется коэффициент остаточного органического вещества. Относительный или абсолютный возраст ископаемой кости узнается вслед затем по шкалам, разработанным эмпирическим путем для обособленных физикогеографических областей. Другой химический метод основан на постепенном убывании в ископаемой кости фтора. Чем древнее кость, тем меньше в ней фтора, который учитывается количественным анализом.

Существует также фотолюминесцентный способ, основанный на учете количества фосфора, убывающего в костном веществе по мере увеличения его древности. Наконец, применяется также фтор-хлор-аппаратный метод (авторы Трошкин и Высочански-Лисовский), позволяющий определять возраст кости с точностью до года.

В 50-х годах получил широкое признание и применение радиоуглеродный метод — по изотопу углерода C14, содержащемуся в ископаемых костях. Этим методом учитывается количество уцелевшего от распада радиоактивного углерода, накопившегося в костях во время жизни зверя. Радиоуглеродный метод позволяет определять абсолютный возраст эпохи образования костного вещества с точностью плюс-минус до сотни лет. Однако его предельная разрешающая способность не превышает 55 тысяч лет, т. е. возраст более древней кости уже не может быть определен.

Все химические и физико-химические методы связаны с лабораторными анализами, нередко дорогостоящими и длительными. От всего этого свободен органолептический метод визуального определения относительной древности кости по комплексу признаков, доступных восприятию и оценке нашими органами чувств. На глаз учитывается удельный вес фрагмента, его гигроскопичность при легком смачивании, цвет с поверхности и в разломе, запах — при поскабливании ножом, звук — издаваемый острыми краями кости при перекладывании на столе, и т. д. Для такого определения возраста костей в пределах антропогена разработана даже простейшая относительная шкала — таблица, опубликованная в нашей брошюре (Верещагин, Громов, 1951).

Разберем значение названных признаков.

Удельный вес. Как правило, удельный вес древней ископаемой кости больше, нежели у свежей, благодаря вторичной минерализации. При частичном выщелачивании известкового скелета и органики — коллагена — возможны исключения, т. е. кости становятся заметно легче и более рыхлыми.

Цвет. Природный светло-соломенный цвет поверхности сырой кости, лежащей на грунте под солнцем и дождем, вскоре меняется на белесый, а через несколько лет — на известково-белый. В заморном водоеме и болоте поверхность кости становится угольно-черной за несколько лет. В болоте или источнике с обилием окиси железа она становится охристой. Охрой и гуминовыми кислотами прокрашиваются и стенки всех капилляров и отверстий.

Кость, лежащая в сухой пещере, может многие столетия сохранять палевый цвет и лишь перекрытая отложениями начинает приобретать «ископаемую» темную окраску с обилием дендритов. В сухом песке кость остается светлой, белой и, выветриваясь, трухлявеет через несколько лет. В сыром песчаном грунте речной поймы кость постепенно желтеет с поверхности, а со временем, за тысячелетия, приобретает оранжевый, коричневый или угольный цвет с поверхности и цвет спелого гороха в свежем разломе. При этом сохраняется значительная прочность диафизов. В лессе и лессовидных суглинках кости ледниковых эпох приобретают грязновато-серый цвет, а в разломе — цвет мела с серыми и черными крапинками.

Звук. Звук, издаваемый фрагментами костей при их перекладке, является хорошим показателем относительной древности. Края воздушно-сухих фрагментов, происходящих из слоев пещер или открытых стоянок среднечетвертичного возраста, обычно издают звенящий звук битой фаянсовой посуды. Кости из слоев послеледниковых эпох могут «звенеть» только в том случае, если они побывали близ костра — в зольном слое.