Ученые НГУ выяснили, почему в Забайкалье идеально сохранились остатки рыб мелового периода

Тафономический анализ рыб раннего мелового периода (ок. 124 миллионов лет назад), найденных в геологическом разрезе на р. Турга (обнажение Миддендорфа в Восточном Забайкалье), впервые провели ученые Новосибирского государственного университета и Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН. На основании различий в сохранности рыб и составе ориктоценозов (совокупностей окаменелых остатков ископаемых растений и животных, находящихся в определенном геологическом слое или месте) они реконструировали особенности захоронений рыб и беспозвоночных в этом палеоозере, в результате которых сформировался Тургинский лагерштетт. Исследование проводилось при поддержке Гранта РНФ (№25-77-10059), его результаты опубликованы в журнале НГУ «Геология и геофизика».

Лагерштетт — особый тип захоронения окаменелостей, которые в них представлены большим количеством, и часто отмечаются исключительной сохранностью. Иногда благодаря особым условиям сохраняются не только твёрдые части скелетных форм, но также и отпечатки мягких тканей. Тургинский лагерштетт (обнажение Миддендорфа) — знаменитый раннемеловой геологический и палеонтологический памятник в Восточном Забайкалье, впервые исследованный в середине XIX в. Находки ископаемой биоты отсюда известны с 1846 года после экспедиции путешественника и ученого А. Ф. Миддендорфа. Местонахождение относится к раннемеловому периоду (около 125 млн лет). Найденные на нем окаменелости характеризуются исключительной сохранностью: у ископаемых рыб отлично сохраняются скелет, все кости черепа и чешуя, а у рачков-конхостраков — хитиновый скелет и кладки с яйцами.

Выявление факторов, влияющих на высокую сохранность обитателей конкретных палеоводоемов, поможет ученым в изучении других лагерштеттов, где данные факторы также могут действовать. Либо же это исследование поможет исследовать палеоозера, где влияние на сохранность остатков древней флоры и фауны оказывают другие факторы. В Тургинском лагерштетте прекрасная сохранность отмечается и у беспозвоночных, и у позвоночных, то есть рыб. Обилие остатков последних позволило ученым использовать палеонтологические находки для реконструкции условий, в которых древние существа захоранивались.

— Если в каком-либо палеоозере хорошо захоранивались одни позвоночные, есть вероятность, что могут сохраниться другие. Такие, как, например, черепахи, динозавры, птерозавры и другие, которые могли разными путями и при различных обстоятельствах попасть в данный водоем. Поэтому, выявив факторы, влияющие на хорошую сохранность рыб, можно предсказать, что в этом же месте есть вероятность найти и других представителей животного мира мелового периода, — пояснил инженер научно-образовательного центра НГУ «Эволюция Земли», младший научный сотрудник лаборатории палеонтологии и стратиграфии мезозоя и кайнозоя Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН Всеволод Ефременко.

Ученый подчеркнул, что тафономические исследования лагерштеттов в России и в мире проводятся довольно редко. Это обусловлено сложностью работы с лагерштеттами и необходимостью изучения большого объема теоретического материала и данных о факторах среды. Не проводилось такое исследование и для Тургинского лагерштетта, хотя история его изучения насчитывает 180 лет. Насчет уникальной сохранности рыб и беспозвоночных существовали лишь предположения, однако не основанные на изучении конкретного материала и обращения к экспериментальным данным. Новосибирские ученые взяли крупную выборку палеонтологических образцов, применили современные методики, сравнили результаты с экспериментами по захоронению рыб и привлекли собственные данные об этом палеоозере, чтобы восстановить условия, которые действовали в этих местах 125 миллионов лет назад.

— Во второй половине прошлого века в связи с открытием нескольких местонахождений, богатых ископаемыми рыбами, в США и Германии активно проводились контролируемые эксперименты над остатками рыб, при которых ученые старались выявить влияние таких факторов, как температура, давление, соленость воды на скорость разложения тел рыб. Изучению подвергалась и явление посмертного всплытия рыб. Было выявлено, при каких условиях погибшая рыба всплывает на поверхность, а в каких погружается на дно. Впоследствии эти данные сравнивались с тем, что мы наблюдаем в геологических слоях. Данные об экспериментах и гигантский объем ископаемых рыб с мезозойских и кайнозойских местонахождений мира стали теоретической основой нашего исследования, — рассказал ученый.

При изучении обширной коллекции ископаемых рыб из Тургинского лагерштетта, ученые обращали внимание на полноту скелета и его сохранность, отмечая степень сочленения костей или их разбросанность по субстрату, положению чешуи и наличию поблизости других рыб,  беспозвоночных или других ассоциаций, полезных для установления особенностей захоронения.

Также исследовался размер рыб, что также важно для установления сезона захоронения и реконструкции палеопопуляции. В качестве размера рыбы использовали длину от хвоста до головы, независимо от того, в каком положении данная рыба — вытянутом или изогнутом. Восстанавливали даже размеры частично сохранившихся рыб. Это было необходимо, чтобы отличать захоронения с преимущественно мелкими, средними и крупными рыбами, их окружением и сохранностью. Таким образом важными величинами для исследования были размеры рыб, наличие их ассоциаций с беспозвоночными и степень сохранности.

Для реконструкции климата на территории данного палеоозера ученые использовали полученные ранее данные споро-пыльцевого анализа и данные седиментологии, указывающие, как происходило осадконакопление —  быстро или медленно, на удаленной части от берега и на близкой к нему. Также применили данные органической геохимии — ранее изучали органическое вещество, оставшееся в породах со времен мезозоя. Используя эти данные, ученые выясняли, какая жизнь обитала в этом палеоозере, каким было содержание кислорода в воде, присутствовала ли стратификация водного столба.

— Существует зависимость между скоростью разложения рыбы и температурой воды палеоозера. Если оно теплое, погибшая рыба всплывает «брюхом кверху» из-за накопления газов, которые являются продуктами деятельности бактериального разложения. В зависшем в толще воды состоянии она начинает разлагаться. Процесс начинается с головы, и рыба сначала теряет кости черепа. Когда процесс разложения достигает брюшной области, рыба падает на дно. В таком случае у нее очень мало шансов сохраниться в ископаемой летописи. Что удивительно, в нашей выборке палеонтологического материала не было рыб, которые демонстрировали бы длительное разложение в толще воды или длительное разложение вообще. Это значит, что погибшая рыба не всплывала, а сразу же падала на дно и там какое-то время лежала на субстрате. Мы обнаружили образцы с несколькими рыбами разной степени сохранности в пределах одного миллиметрового слойка. Это значит, они падали на дно последовательно и быстрого захоронения не происходило. Они некоторое время просто лежали на дне, и, скорее всего, медленно разлагались. Значит, действовал какой-то фактор, который мог препятствовать быстрому разложению рыб в данном палеоозере. По данным экспериментов эти факторы хорошо известны: температура, соленость воды, уровень ее рН и глубина палеоозера, — пояснил Всеволод Ефременко.

Исходя из состава фауны, а именно личинок насекомых (поденок) и ракообразных (филлопод) ученые сделали вывод, что палеоозеро было неглубоким, так как эти животные обитали только в относительно мелководных водоемах. В пользу этой гипотезы свидетельствовало большое количество небольших рыб, наличие микрофауны, данные седиментологии и органической геохимии. Вероятно, Тургинское палеоозеро было обширным по площади и его глубина не превышала 15 метров. Следовательно, глубина не являлась фактором, влияющим на посмертное погружение рыб на дно. 

Данные споро-пыльцевого анализа свидетельствуют об умеренном теплом климате, переходном к субтропическому. В этом климате в летнее время легко достигаются температуры, достаточные для разложения рыбы в толще воды (16-18॰), но ученые находят захоронения рыб вместе с слойками, забитыми раковинами ракообразных. Такие захоронения раковин могут возникать только в летний период, потому что именно в это время года данные беспозвоночные переживают пик численности. В пользу именно этого времени года свидетельствует наличие в захоронениях большого количества мальков.

Захоронения из Тургинского палеоозера уникальны именно наличием в них рыб в соседстве с ракообразными. В палеоозерах Китая рыбы в них отсутствуют. В данном случае они имеются в больших количествах и обладают хорошей сохранностью. А это значит, на их сохранность влиял не температурный фактор. Ученые пришли к выводу, что этим фактором является щелочность воды — то есть показатель Ph. Может показаться, что щелочные озера некомфортны для жизни и биоразнообразие их скудное. В Тургинском палеоозере были обнаружены остатки рыб всего двух таксонов (родов Lycoptera и Stichopterus), и один из которых явно преобладает в выборке — на сотню образцов одного рода встречается всего один образец другого.

— Экспериментально показано, что при выветривании вулканических пород могут образовываться щелочи, попадающие впоследствии в палеобассейн и влияющие на химизм его вод. Основание Тургинского палеоозера, а если точнее — впадина, в которой оно находилось, сложено щелочными базальтами. Вероятно, при их выветривании озеро наполнялось щелочами, что формировало определенную геохимическую среду, в которой рыбы могли захораниваться с высокой степенью сохранности даже в летнее время. Удивительно, но ранее в тафономических моделях для подобных палеоозер этот фактор не рассматривался. Мы в работе столкнулись с противоречием — рыбы в слоях с ракообразными сохраняться не должны были вообще, но в нашем случае они почему-то сохранились. И уровень Ph воды неплохо согласуется с данными о геологическом строении впадины Тургинского палеоозера и результатами тафономических экспериментов, показавшим, что при уровне Ph воды, равном 8.6, мертвая рыба не всплывает, а лежит на дне на протяжении более месяца, почти не разлагаясь. 

Косвенным признаком того, что в Тургинском палеоозере уровень Ph был высоким, свидетельствует очень высокая численность ракообразных — филлопод, которые достигают максимальной численности именно в щелочной воде. В пресной или кислой воде она снижается вплоть до исчезновения. 

В результате исследования ученые выявили летние захоронения, содержащие рыб, ракообразных с остатками мальков и насекомых, а также, вероятно, зимние захоронения, состоящие преимущественно из крупных рыб очень хорошей сохранности, лишенных соседства беспозвоночных и насекомых.

— Мы установили, что главными факторами, отвечающими за высокую степень сохранности представителей фауны мелового периода в Тургинском палеоозере, является отсутствие гидродинамического воздействия, дефицит кислорода в придонном слое и щелочность воды. Важным фактором сохранности является отсутствие длительного посмертного нахождения рыбы в толще воды. В исследуемом нами древнем водоеме зимой всплытию тел мертвых рыб препятствовала низкая температура воды, а в теплое время года посмертное их всплытие предотвращал повышенный уровень рН. Поверхности напластования, содержащие раковинные мостовые из конхострак Eosestheria middendorfii, накапливались в летний период. В них мы во множестве находим остатки рыб небольшого размера. Более крупные рыбы были захоронены во время осеннего и зимнего сезонов. Рядом с ними беспозвоночных не наблюдается, — рассказал Всеволод Ефременко.