Давным-давно человек заметил, что во многих образцах янтаря находятся удивительные предметы: лепестки цветов, обрывки листьев, иглы хвойных, кусочки и даже целые веточки деревьев и другие растительные остатки, хорошо видимые сквозь прозрачную оболочку. Особенно удивляла прекрасная сохранность насекомых и паукообразных, некогда попавших в жидкую клейкую смолу и навеки оставшихся в ней. Песчинки и комочки земли могли быть занесены туда ветром или лапками насекомых. Навеки застыли в золотистом плену обрывки коры, перья птиц, клочки шерсти животных, споры и семена растений и даже капли воды (дождя или росы), которые не испарились и тем самым подтвердили герметичность «янтарной гробницы». Кроме них, в янтаре обнаруживаются пузырьки воздуха и разные минералы. Такие законсервированные в янтаре вещества называют включениями (инклюзиями). Ученые древности полагали, что янтарь притягивает эти вещества так же, как притягивает шерстинки и солому.
Полупрозрачный янтарь (а); створка моллюска, утопленная в янтаре (б)
По своей сохранности включения в янтаре выгодно отличаются от отпечатков в осадочных породах и могут быть изучены столь подробно, что и современные организмы. Поэтому кусочки янтаря с включениями имеют большую ценность для науки. По микроскопическим остаткам животных и растений, по лепесткам цветов, спорам и семенам ученые воссоздают облик того таинственного леса, который рос миллионы лет назад. Только благодаря янтарю было установлено около 3 тыс. видов членистоногих (из 838 тыс., известных науке), живших в лесу 40 млн. лет назад, а также около 200 видов растений. Животные, особенно насекомые, очень чувствительны к условиям среды, поэтому в ряде случаев они представляют собой хороший индикатор климата. Таким образом, органические остатки в янтаре служат прямым источником познания жизни на Земле много миллионов лет назад.
Следует отметить, что янтари с включениями насекомых имели и большую товарную ценность. В начале нашей эры за янтарь, содержавший погребенную мушку, финикийские купцы платили 120 мечей и 60 кинжалов. В начале XIX в. янтари с насекомыми были особенно модны во Франции и в России.
Коллекции включений флоры и фауны в янтаре имеются в музеях. Самой богатой в начале 40-х годов XX в. располагал музей Кенигсбергского университета. Эта коллекция насчитывала 70 тыс. образцов, среди них уникальным стала ящерица с оторванным хвостом. Были там муравьи и их скопления, стрекозы с распростертыми крыльями, едва умещавшимися в куске янтаря, жуки нескольких сот видов, рои пчел и ос, скоплепия мух и шмелей, множество пауков, бегущих по хорошо видимой паутине, точками висели в янтаре крохотные мушки. Коллекция не сохранилась, она была разрушена во время войны.
В России в кабинете естественной истории Виленского университета долгое время экспонировался янтарь, ставший гробницей для лягушки.
В 1872 г. на политехнической выставке в Москве была представлена коллекция из 130 кусочков янтаря с насекомыми.
В наше время богатая коллекция янтарей с животными и растениями экспонируется в Музее янтаря в Паланге. Она знакомит посетителей с десятками фрагментов флоры и фауны глубокой древности. Особенно интересны пауки с длинными ногами, как бы старающиеся ими оттолкнуться, вырваться на свободу, застывшие в полете мухи, толстые термиты и поджарые тараканы, муравьи, тащившие какую-то соломинку, и др. Растительные остатки представлены веточками растений, семенами, тычинками и пестиками, лепестками цветов.
Наиболее изучен в этом отношении балтийский янтарь, образующий слоистые, скорлуповатые желваки, натеки типа сосулек, капли. В нем встречается 98,3% животных (членистоногих). На долю растительных остатков приходится 0,4%; 1,3% составляют пресмыкающиеся, моллюски, минералы, воздушные и водные пузырьки.
Животные включения
Захоронение членистоногих в смоле зависело от многих факторов, и в первую очередь от величины животного, вязкости и обилия смолы. Членистоногие, прилипшие к капле смолы, не утопали в ней, а перекрывались новыми порциями смолы, вследствие чего животное не могло выбраться из совершенно прозрачной темницы. Смола имела незначительную вязкость и застывала быстро, что обеспечило хорошую сохранность даже тончайших, измеряемых микронами органов членистоногих. Затвердевшая смола сохранила только отпечаток членистоногого с небольшим количеством хитинового вещества. Все попытки отпрепарировать его оттуда не имели успеха.
Кратко охарактеризуем членистоногих, найденных в янтаре. В основу описания положены данные геолога В.И. Катинаса (1971).
Членистоногие представлены двумя классами - паукообразных и насекомых. Класс паукообразных состоит из четырех отрядов: лжескорпионов, сенокосцев, пауков и клещей.
Лжескорионы в янтаре представлены 12 родами,9 семействами. Современные члены этого отряда широко распространстранены в природе, но малозаметны, так как ведут скрытый образ жизни, обитают во мхах, почвенном гумусе под корнями деревьев, под отставшей корой, в норах и гнездах позвоночных животных, в пещерах. Некоторые из них обитают в человеческих жилищах. Распространены во всех частях света; наиболее разнообразны они в тропиках.
Сенокосцы в янтаре встречаются из 8 семейств. Легко определяются по небольшому тельцу (0,6 см) с непомерно длинными (до 16 см) ногами, которые легко отделяются. Так этим способом большинство сенокосцев спасается от врагов. Очевидно, этим объясняются довольно частые находки завязших в янтаре ног. Распространены очень широко - от тропических до полярных стран. Наиболее активны в сумерках или ночью, предпочитают сильно увлажненные места обитания и постоянно живут в лесной подстилке и других укромных местах.
Пауки - одна из наиболее многочисленных групп. Известно 41 семейство этого отряда. Многочисленны следы их жизнедеятельности: едва видимые в лупу нити паутинки с капельками воды и высохшими тельцами насекомых. Состав фауны пауков весьма характерен для различных зоогеографических областей. Найденные в янтаре виды жили как в открытых, хорошо освещенных солнцем местах так и в лесной подстилке, во мху, на травянистой и древесной растительности, под корой и в дуплах деревьев. Многие близкие к видам, обитающим в настоящее время в тропических и субтропических областях.
Клещи в янтаре представлены 29 семействами. Обитают в почве, лесной подстилке, скоплениях различных растительных остатков, гниющей древесине, грибах, лишайниках. В янтаре преобладают мелкие виды двукрылых и примитивные бескрылые насекомые.
Двухвостки в янтаре исследованы недостаточно. Описан только один вид - двухвостка-камподеа, известный в современной фауне. Все двухвостки ведут скрытый образ жизни, прячутся в почве, муравейнике, гнилой древесине, не выходят на поверхность.
Ногохвостки довольно часты в янтаре. Эти мелкие членостоногие распространены везде, где есть мхи и лишайники. Особенно много их в тропиках, однако попадаются они и в умеренных широтах, в Арктике и Антарктике. Обилие ногохвосток в янтаре объясняется условиями их обитания (гниющие остатки растений), благоприятными для попадания в смолу, и способностью насекомых подпрыгивать, отталкиваться даже от поверхностной пленки воды. Из современных видов в янтаре найдены ногохвостка водяная, сминтур зеленый.
Щетинохвостки в янтаре довольно редки. Это теплолюбивые животные, ведущие скрытый образ жизни. Больше в янтаре крылатых насекомых.
Таракановые - очень древняя группа. В янтаре известны насекомые 13 родов, живущие в лесах теплого и влажного климата. Ведут ночной, скрытый образ жизни.
Термиты в янтаре встречаются довольно часто; распространены в теплых странах, тропиках и субтропиках.
Прямокрылые в янтаре представлены кузнечиковыми и сверчковыми, населяющими открытые горные местности.
Веснянки, извлеченные из янтаря, исследованы недостаточно. Немногочисленные описания относятся, видимо, к настоящей веснянке, обитающей возле водоемов, активной днем или в сумерках.
Эмбии живут в сухих местах под камнями и среди опавших листьев, в трубчатых ходах, оплетенных паутиной. В янтаре найден один вид.
Уховертки в янтаре представляют виды семейств лябиидэ и форфикулидэ; большинство из них ведут ночной образ жизни, тепло- и влаголюбивы.
Сеноеды в янтаре попадаются довольно часто, однако изучены слабо. Благоприятные условия для существования сеноедов создаются в лесах: на кустах, стволах и ветках деревьев, покрытых лишайниками, а также на листьях.
Поденки в янтаре отмечены редко, изучены слабо. Обнаружены виды, личинки которых живут в быстрых ручьях и реках.
Стрекозы (собственно стрекозы и красотки) - обитатели стоячих вод.
Равнокрылые из семейств цикадовых и тлей живут в основном на древесно-кустарниковой растительности.
Полужесткокрылые (клопы) редки в янтаре. Среда их обитания - водоемы со стоячей или медленно текущей водой.
Трипсы довольно распространены в янтаре. Обитают в цветках или соцветиях растений, где они в поисках пищи ползают между тычинками и лепестками.
Жесткокрылые (жуки) - одна из самых ценных для палеоботанических реконструкций группа насекомых. Среди них преобладают точильщики и щелкуны, населяющие влажные лиственные леса.
Веерокрылые - обнаружен в янтаре один вид семейства менгенид, известного как ископаемая форма нижнего олигопена. Паразитирует на щетинохвостках.
Блохи крайне редки.
Ручейники обычны в янтаре. Среди них больше видов, личинки которых населяют чистые быстротекущие ручьи; активны в вечернее время.
Чешуекрылые (бабочки). Из известных науке 8000 видов в янтаре найден 51 вид.
Перепончатокрылые представлены в основном муравьями, редки пчелы и осы.
Двукрылые составляют более половины всех насекомых, обнаруженных в янтаре. Преобладают животные семейства длинноусых, объединяющие комаров и других комаровидных двукрылых.
Вислокрылые обнаружены в янтаре пе только в виде личинок обыкновенной вислокрылки, обитающей на растениях и бревнах у берегов водоемов, но и в виде взрослых особей. Взрослые вислокрылки живут несколько дней, но, как правило, укорачивают свою жизнь, попав в смолу.
Сетчатокрылые в янтаре редки, но представлены большим количеством видов семейств.
Верблюдки обнаружены в янтаре в виде личинок рода безглазки, обитающих под корой деревьев, в подстилке и почве.
Скорпионницы представлены видами семейств скорпионниц и комаровок, населяющих лиственные влажные леса и луга.
Из других членистоногих крайне интересна находка в куске янтаря (южная часть Финляндии) ракообразного из семейства гаммаридов, встречающихся в пресных водах.
Кроме членистоногих, в янтаре находят и остатки других животных: шерсть и волосы белок, перья дятлов.
Интерес к включениям животных в янтаре породил целую индустрию подделок, выполненных столь искусно,что их с трудом можно отличить от естественных включений. Еще М. В. Ломоносов в «Слоях земных» писал, что «подложный янтарь делают больше из прозрачной смолы и терпентину с некоторыми другими материалами». Одним из средств для отличия фальсификатов от настоящих включений является облучение обоих ультрафиолетовыми лучами. Под действием облучения природный янтарь светится разными цветами, а имитации этим свойством не обладают. Большое значение имеет метод инфракрасной спектрометрии, позволяющий выявить особенности молекулярного строения вещества. Характерные сигналы на полученной кривой дают возможность отличить янтарь от разного рода подделок.
Растительные включения
В янтаре Прибалтики установлено 197 видов растительности: споровых 63, голосеменных 33, покрытосеменных 101 [Катинас, 1971].
Споровые растения в янтаре представлены низшими грибами и различными плесенями, занесенными в него насекомыми. Наиболее разнообразны представители высших споровых.
Голосеменных в янтаре можно видеть часто, однако изучены они плохо и определить их вид довольно трудно.
Сосна в янтаре представлена 16 видами, выявленными в основном по находкам фрагментов хвои. Имеются также образцы соцветий с рассыпанной пыльцой и свободная пыльца, несколько видов пихты, а также лиственницы, родственной современной лиственнице даурской, ели. Семейство таксодиевых отмечено видами рода секвой и зонтичной сосны. Среди кипарисовых найдены остатки родов виддрингтонии, либоседруса и кипарисовика.
Покрытосеменные в янтаре в основном двудольные, из однодольных немного пальмовых. Среди двудольных - дуб, бук, клен, виды магнолиевых, лавровых, камнеломковых, ремнецветниковых, вересковых и др. Интересны находки вида мирик, произрастающих в странах с теплым и сухим климатом. Растительность окраинных частей лесов и открытых пространств представлена гречишными, гераниевыми, льновыми, различными зонтичными, колокольчиковыми, жимолостями и др. Из болотных растений встречаются кисличные, волчниковые, вересковые.
Таким образом, в лесу преобладают растения умеренно теплого климата, широко распространены хвойные и широколиственные деревья, а также споровые растения. Видовая принадлежность многих растительных остатков не определена.
Минеральные включения
Минеральные включения в янтаре представлены сульфидом железа - пиритом и битуминозным веществом. Тонкая корка пирита часто выстилает стенки круглых полостей сечением до 0,5 см. Пластинчатые скопления мелкозернистого пирита наблюдаются между слойками-натеками различно окрашенного янтаря. Наследуя форму натека, такие скопления нередко изогнуты. Реже мелкозернистый пирит имеет форму столбиков длиной до 3 мм. Оригинальны крупные блестящие выделения пирита диаметром до 0,5 мм, сравнительно легко извлекаемые из лунок такого же диаметра. Некоторые из этих выделений с элементами огранки похожи на кристаллы. Пириту присущ латунно-желтый цвет. Поверхность его бывает блестящей и тусклой, слегка окисленной. По отношению к янтарю является более поздним образованием.
Битуминозное вещество, включенное в янтарь, черное вязкое или хрупкое. Вязкий битум выстилает пленкой стенки пустоток до 0,5 мм в диаметре. Хрупкий битум наблюдается в клиновидных трещинках, разбивающих центральную часть некоторых кусочков янтаря.
Газовые включения
Газовые включения в янтарях Прибалтики исследовали геологи З. Н. Несмелова и А. В. Хабаков. По величине и обилию газовых включений эти авторы выделяют такие разности янтаря: 1) с заметными, местами довольно крупными включениями, размером от 0,1 до 2 мм, одиночными или располагающимися группами; 2) с включениями, сгруппированными около остатков организмов, которые затонули и сохранились в янтаре; 3) с пустотами, изредка встречающимися во включениях организмов, по своим очертаниям отчасти совпадающими с формой органогенных полостей; 4) с массой мельчайших включений, образующих желтоватую молочно-белую муть в янтаре.
Наиболее распространены молочно-белые разности янтаря с обилием мельчайших (порядка 0,001 мм) газовых включений, создающих замутненность. Включения концентрируются в цепочки и полосы, выдержанные по направлению или расходящиеся в разные стороны. Интересны концентрические узоры, обусловленные замкнутым распределением неодинаковых по величине и густоте включений. Они хорошо заметны в костяном янтаре даже невооруженным глазом.
Менее распространены газожидкие включения. Форма их вытянутая, эллипсоидальная, круглая. Величина от 0,1 до 1,1 мм. Объем газовой фазы в круглых включениях колеблется от 20 до 75%. Газовый пузырек неподвижный или свободно бегающий в жидкости. Эллипсоидальные и вытянутые включения несколько сплюснуты. Содержание газовой фазы у них может достигать 50%. Несколько особняком стоит газовое включение, содержащее твердую фазу. Форма включения неправильная, величина немного больше 1 мм. В исследованном материале встречаются образцы, на 80-90% заполненные включениями. Количество их влияет на степень прозрачности и окраску янтаря.
Кроме газовых и газожидких, в виде единичных находок отмечены однофазовые жидкие включения. Они круглые, величина их не превышает 0,4 мм.
Относительно природы газовых включений в янтаре имеются две точки зрения. Согласно одной из них газовые включения представляют собой неизмененные первичные включения. Это законсервированные пузырьки воздуха, попавшие в смолу в момент ее истечения. Другая точка зрения предполагает, что газовые включения появились в момент превращения смолы в янтарь.
Насыщенность молочно-белого янтаря газом достигает 631 мм на 1 кг (средняя 500 мм на 1 кг). Если учесть, что не все поры были вскрыты, то эта цифра будет еще больше. В составе янтаря обнаружены (в объем. %): СO2 3,6-10,2; O2 0,5-0,6; Н2 2,4; N2 87,6-93,3; Аr, Кr, Хе 1,093-1,211; Ne, He 0,003.
Как видим, преобладает азот. Заметные содержания Двуокиси углерода и водорода можно объяснить процессами метаморфизма смол. В составе газа полностью отсутствуют углеводородные составляющие и сероводород. Отношение аргона к азоту, равное 0,012-0,013, близко к отношению этих газов в современном воздухе. Содержание легких инертных газов (10-3объем. %) также не отличается от концентрации их в современной атмосфере. Изотопный состав аргона очень близок к отношению смеси изотопов аргона в современном воздухе.
Учитывая сказанное, можно предположить, что газ в янтаре представляет собой метаморфизованный воздух, захваченный и удержанный в ископаемой смоле со времени палеогена. Самая существенная часть газа - кислород исчез из его состава. Он вполне мог быть израсходован в процессе превращения ископаемой смолы в янтарь. Если это так, то, следовательно, состав атмосферы Земли с палеогена до настоящего времени существенно не изменился. Однако вряд ли можно безоговорочно принять такой вывод. В литературе есть указания на то, что при продолжительном хранении янтаря на воздухе в нем постепенно увеличивается газовая фаза, вытесняющая жидкость. Под вакуумом жидкость вытесняет газовую фазу. Таким способом пустоты в янтаре заполнились раствором медного купороса и других веществ, которые впоследствии выкристаллизовались в виде мелких зернистых агрегатов. Поэтому не исключено, что воздушная фаза в молочно-белом янтаре в результате вековой диффузии могла мало-помалу быть обменена и заменена извне.
Включения в янтаре и эволюция органического мира
Находки животных и растений в янтарях позволяют уточнить некоторые представления об изменении органического мира на протяжении последних геологических эпох.
Балтийский янтарь относительно молод: он образовался примерно в середине палеогена, около 50-45 млн. лет назад. Животный мир палеогена, в частности насекомые, мало отличается от современных форм. Это дает основание считать, что в последние 60-50 млн. лет в эволюции насекомых наступил период покоя. Около 50% родов и 99% семейств насекомых, найденных в балтийском янтаре, живут и сейчас. Мало изменились обнаруженные в янтаре многоножки, клещи, пауки, равноногие раки, наземные моллюски. Слабо эволюционировали и другие животные; почти не изменились за это время и растения. Сравнительно быстро развивались в кайнозое только млекопитающие.
В отличие от балтийских янтари мелового периода (135-65 млн. лет назад) несут большую информацию о той эпохе. Заключенные в янтарях животные были современниками динозавров, плезиозавров, мезозавров.В этот период появились саламандры, разнообразнее стали костистые рыбы, птицы утратили признаки рептилий. В органическом мире мелового периода определяющую роль играли беспозвоночные и насекомые. Поэтому вполне понятен интерес, вызванный находками фауны насекомых в меловых ископаемых смолах Таймыра. К тому же до недавнего времени меловые насекомые были почти не исследованы. Впервые их детальное описание выполнили А. П. Расницын, Б. Б. Родендорф и В. В. Жерихин.
Продолговатый кусок янтаря
Отметим несколько групп, имеющих непосредственное отношение к рассматриваемому вопросу. Представители первой группы являются свидетелями больших биоценотических перестроек, происходивших в конце мезозоя. К ним относятся насекомые (цикадки), жившие в мелу, пережившие перестройку и сохранившиеся в современной фауне. Другие насекомые, в частности поденки подсемейства мэзонэтинэ, в конце мела вымерли и уступили место другим ветвям лептофлебиид, третьи - наездники (сцелиониды и бракониды) возникли только в мелу и существуют доныне. Вторая группа представлена полностью вымершими насекомыми (комарик из не описанного еще семейства, наездник семейства сидэрфит), просуществовавшими только до начала палеогена. Многие группы насекомых, характерные для кайнозоя, в меловой период были редки. Это в первую очередь жалоносные перепончатокрылые, в основном муравьи, бабочки, высшие мухи, термиты, представленные только примитивными формами. В палеогене эти насекомые стали разнообразнее и встречались чаще.
Исследования показали, что количество вымерших видов насекомых постепенно уменьшалось от верхнеюрского времени до кайнозоя. В палеогене, как уже упоминалось, фауна насекомых была близка к современной. Количество вымерших насекомых особенно резко упало во второй половине мелового периода. Это явление не случайно и, но мнению Б. Б. Родендорфа и В. В. Жерихина [1974], связано с коренной перестройкой растительности - резким увеличением покрытосеменных, с которыми тесно связана жизнь насекомых. К середине мелового периода на Земле произрастали деревья, кустарники и травы, очень похожие на растения наших дней. Некоторые из этих деревьев и кустарников были листопадными.
Эволюционные преобразования растений и животных, установленные с помощью включений органических остатков в янтарях, сказались и на жизни позвоночных. На суше продолжали господствовать динозавры - огромные, с длинной шеей животные, ведущие полуводный образ жизни, но в середине мела они начали вымирать. Стегозавры юрского времени исчезли, вместо них появились плоскоголовые животные с большими шипами. Значительно изменились и другие группы рептилий. Наиболее перспективными оказались насекомоядные - это были первые плацентарные животные.
Таким образом, изучение включений животных и растений в янтарях имеет большое значение для понимания становления современной энтомофауны и решения ряда общеэволюционных проблем.