XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Древние микроорганизмы, участвовавшие в образовании осадочных пород

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сусликова А.Е. 1

---

1МОАУ "Лицей №4" г. Оренбург

Сысоева М.С. 1

---

1МОАУ "Лицей №4"

Работа в формате PDF

3.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Ископаемые организмы всегда вызывали интерес людей разного возраста. Мы собираем привлекающие наше внимание камни, которые находим в куче песка около дома, привезенного для детской песочницы, на отмелях и пляжах по берегам рек, в каменоломнях, карьерах или под скалами. Во всем мире не найдется человека, который бы за свою жизнь не столкнулся с мелом. Школьники пишут мелом на доске, детвора рисует им на асфальте. Среди горных пород и минералов нередко попадаются ископаемые организмы, и мы пытаемся определить их при помощи книг и интернета. Как появились осадочные породы? Из чего состоят? Что в себе таят? Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, что содержит в себе обычный школьный мел или строительный песок? Желание узнать ответы на все эти вопросы сподвигло меня к написанию данной работы. Исследований, посвященных данной теме, недостаточно. Поэтому, считаю свою исследовательскую работу актуальной.

Без открытий палеонтологов​ мы бы не имели представления о древнем прошлом нашей планеты. Палеонтологический материал при изучении биологии представлен в учебной программе в очень малом объеме. В школе закладываются теоретические основы эволюции живой природы, которые очень важны при изучении других разделов биологии. Эти знания дадут возможность научить школьников правильно определять причины и следствия различных эволюционных событий, выявить основные направления и тенденции исторического развития органического мира.

Палеонтологический материал важен для убеждения учащихся в познаваемости процесса эволюции природы. 

Практическая значимость: полученные результаты с описанием и фотографиями ископаемых организмов, могут быть использованы на уроках биологии, географии и во внеклассной работе.

Объект исследования: осадочные горные породы

Предмет исследования: раковинные простейшие

Цель работы: определение древних микроорганизмов в осадочных горных породах.

Задачи исследования:

-изучить научную литературу по данной проблеме;

- исследовать осадочные породы под микроскопом на наличие в них ископаемых организмов;

- идентифицировать найденные организмы;

- проанализировать результаты и сделать вывод.

Гипотеза: осадочные горные породы состоят из раковинных простейших.

Методы исследования:

- работа с информационным источником;

- практическое исследование, микроскопирование;

- фото - фиксация;

- сравнение, анализ и обобщение информации.

Материалы:песок, мел, песчаник, морская вода, цифровой микроскоп.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Геологическое прошлое

Геологическая история Земли – последовательность событий в развитии Земли как планеты. Среди этих событий — образование горных пород, возникновение и разрушение форм рельефа, наступания и отступания моря, оледенения, появление и исчезновение видов организмов, изменение Земли под влиянием их эволюции. Изучается по слоям горных пород, делится на отрезки согласно геохронологической шкале. [5]

Современный рельеф Земли является результатом геологической истории, которая в свою очередь подразделяется на эры и периоды.

Геологическая эра – длительный отрезок времени геологической истории, границами которой являются масштабные изменения в биосфере и условиях её формирования. Геологический период – меньший по продолжительности отрезок геологической истории, являющийся подразделением геологической эры, в течение которого происходило образование горных пород определённого состава. 

Все события, связанные с развитием планеты, отражены в слоях горных пород. Именно по ним можно определить, какие условия наблюдались на Земле в тот или иной период развития, какие животные и растения господствовали на земной поверхности. Точный возраст горных пород можно определить по их химическому составу, характеру залегания, сохранившимся остаткам и следам животных и растений. Учёные разделили геологическую историю Земли на пять геологических эр: архейская (архей), протерозойская (протерозой), палеозойская (палеозой), мезозойская (мезозой) и кайнозойская (кайнозой).

На протяжении каждой эры происходило изменение площади материков и океанов, условий существования организмов, сменялись господствующие виды растений и животных, происходило образование новых форм рельефа и изменение уже существовавших. [6] (см. Приложение I)

1.2 Фоссилизация

Фоссилии (лат. fossilis — ископаемый, окаменелость в палеонтологии) — ископаемые остатки организмов или следы их жизнедеятельности, относящиеся к прежним геологическим эпохам. Фоссилии предоставляют важную информацию об организмах эпохи своего образования. Фоссилии обычно представляют собой остатки или отпечатки животных и растений, сохранившиеся в почве, камнях, затвердевших смолах. Довольно часто таким образом сохраняются только твёрдые части тела животного — раковины, зубы, кости, которые нередко замещаются минеральным веществом. Мягкие же ткани разлагаются, однако по результатам их взаимодействия с окружающим материалом (изменению формы или химического состава) иногда можно судить о мягких тканях окаменевшего организма. [14] (см. Приложение II)

Скелетные остатки организмов в процессе фоссилизации постоянно находятся под воздействием температуры, давления и времени. Теоретически и экспериментально установлено, что интенсивность изменений минералов в осадочных породах и скелетных остатках организмов, при прочих равных условиях, зависит от длительности геологических процессов: даже самые незначительные изменения минеральной составляющей скелетов, происходящие с ничтожной скоростью, если они продолжаются достаточно долго (в геологическом масштабе времени), могут привести к ощутимым результатам. С другой стороны, те же изменения минералов могут проявиться при кратковременном, но сильном воздействии температур: согласно эмпирическому правилу Вант Гоффа, повышение температуры системы на 10 °С увеличивает скорость протекания реакции в 2–4 раза. Для сравнения прочности скелетов современных и позднепалеозойских радиолярий и с целью примерного моделирования начальных стадий вторичного изменения скелетов был использован метод высокотемпературного отжига. Отжиг в некоторой степени моделирует изменения, которые могли происходить в процессе фоссилизации скелетов в геологическом масштабе. [15]

1.3 Осадочные горные породы

Меловой период, начавшийся 145 миллионов лет назад, назван так по имени горной породы, основные запасы которой сформировались в течение этого времени. (см. Приложение III)

Бесцветный или молочно-белый кристаллический кальцит входит в состав известняка, из которого слагаются Альпы и Пиренеи, горы и нагорья Северной Африки. Из него состоит Ливийский массив, используемый древними египтянами для строительства своих пирамид. Мягкая разновидность известняка, образованная при участии морских организмов, называется мелом.

В 1838 году немецкий палеонтолог Х. Эренберг, делая описание геологического среза океанического дна, определил, что большая часть меловых залежей состоит из раковин простейших морских микроорганизмов — фораминифер, диаметр которых колеблется от 0,095−0,0047 мм. Их можно обнаружить во всех широтах и практически на всех глубинах, даже на дне Марианской впадины. Но наибольшее их количество и разнообразие наблюдается на глубине 200−300 м.

За 80 миллионов лет в результате геологических процессов огромные скопления донных илов, отмерших беспозвоночных животных и растений сформировали монолитную горную породу — известняк и его виды. Движения литосферных плит вызвали поднятия участков морского дна и горы меловых отложений, достигающих нескольких метров, оказались на поверхности суши.

Полезное ископаемое мел — это тонкозернистая карбонатная осадочная горная порода, имеющая органическое происхождение. Обладает следующими характеристиками: имеет белый цвет, иногда окрашенный примесями в различные оттенки; хрупкий — легко прочерчивается простым карандашом; легкий — плотность варьируется от 1440 кг/м3 в кусковой разновидности до 1120 кг/м3 в порошке; нерастворимый в воде и устойчивый к выветриванию пластичный во влажном состоянии. [8]

Песок — рыхлая осадочная горная порода, а также искусственный материал, состоящий из зёрен горных пород. Очень часто состоит из почти чистого минерала кварца (вещество — диоксид кремния). Природный песок представляет собой рыхлую смесь зёрен, образовавшихся в результате разрушения твёрдых горных пород, размером 0,16—5 мм, масса одной песчинки может варьироваться от десятых долей миллиграмма до нескольких микрограмм. В зависимости от условий накопления могут быть аллювиальными, делювиальными, морскими, озёрными, эоловыми. Пески, возникшие в результате деятельности водоёмов и водотоков, имеют более округлую, окатанную форму. [9] (см. Приложение III)

Песок — это своего рода мелкие песчинки горных пород. Под воздействием ветра и частых перемен погоды скалы разрушаются, со временем из отколовшихся крупных камней появляются более мелкие, и в конце концов они превращаются в песок. В каждой местности песок имеет свои особенности. Может состоять из минералов кварца, бывших ракушек и кораллов. [10]

За окраску песка отвечают минералы, входящие в его состав. Белый (иногда с серым оттенком) цвет песчинок получается из-за большого содержания кварца. Желто-красные оттенки, когда преобладает железо. Эта цветовая гамма больше характерна для пустынь. Хотя встречается песок с разным окрашиванием. Это возникает из-за воздействия высоких показателей температуры и давления. Черный цвет придает магнетит, а розово-красный оттенок – гранат. Морской песок темного цвета из-за вулканических выбросов, которые попадали в воду продолжительное время. Правда, бывают и исключения. Например, часть морского песка возле Гавайских островов имеет оливково-зеленый оттенок. [12]

Песок широко используется в составе строительных материалов, при возведении дорог, насыпей, в жилищном строительстве для обратной засыпки, при благоустройстве дворовых территорий, при производстве раствора для кладки, штукатурных и фундаментных работ, используется для бетонного производства. [9]

Песчаник — обломочная осадочная горная порода, представляющая собой однородный или слоистый агрегат обломочных зёрен размером от 0,1 мм до 2 мм (песчинок) связанных каким-либо минеральным веществом (цементом).

Песчаники образуются в результате разрушения горных пород, переноса обломков водой или ветром и отложения с последующей цементацией. Степень окатанности обломков и степень отсортированности по величине зерен указывают на протяженность переноса обломков от места первоначального образования. В большинстве разновидностей песчаников преобладает кварц, как наиболее устойчивый физически и химически минерал. [13]

1.4 Раковинные простейшие

Простейшие (Protozoa) – это организмы на одноклеточном уровне организации. Целостность организма простейших поддерживается функциями одной клетки. Жизненный цикл простейших складывается из фаз развития с одноклеточной организацией.

Впервые простейшие были обнаружены голландским учёным А. ван Левенгуком – первым изобретателем микроскопа (1675 г.). Его микроскопы представляли собой сильно увеличивающие лупы, которые давали увеличение в сто и даже в двести раз. Особенно много простейших первые микроскопы обнаруживали в настоях трав (infusum – означает «настойка»), поэтому первое время этих животных называли «настоечными», или инфузориями.

В настоящее время известно более 39000 видов простейших, однако ежегодно обнаруживаются десятки и сотни новых видов, что является показателем недостаточной изученности этой группы животных. [2]

Классификация простейших:

Саркодовые (Rhizopoda) простейшие обитают в водоёмах. Большинство загрязняют воду и паразитируют в человеке. Жгутиковые простейшие (Mastigophora) заселяют водоёмы, человеческий и животный организмы. Простейшие споровики (Sporozoa) являются паразитами. Простейшие инфузории (Infusoria) живут повсюду в окружающей среде. Книдоспоридии (Cnidosporidia) паразитируют внутри рыб, насекомых и пауков.

Особый интерес представляют раковинные инфузории – тинтинниды, достоверно существующие со среднего триаса и поныне. (см. Приложение IV)

По способу питания простейшие относятся к фитофагам и зоофагам: они питаются микроорганизмами растительного и животного происхождения. Пищеварение внутриклеточное, то есть переваривание пищи происходит в замкнутых вакуолях внутри клетки; или внеклеточное пристеночное. [2]

Размножение простейших происходит половым и бесполым путём, нередко наблюдается чередование поколений. Бесполое – митозом ядра и делением клетки надвое (у амёбы, эвглены, инфузории), а также путем шизогонии – многократного деления (у споровиков). Половое – копуляция. Клетка простейшего становится функциональной гаметой, в результате слияния гамет образуется зигота.

Простейшие, обитающие в океанах, пресных водах, почве и высших организмах, занимают важнейшее место в круговороте веществ в биосфере. В водной среде простейшие – основа планктона, используемая в пищу другими более крупными животными. Исполняют роль санитаров, очищая водоёмы от бактерий и гниющих веществ. Из скелетов простейших: фораминифер, радиолярий и панцирных жгутиконосцев – кокколитофорид образуются мощные пласты осадочных пород. Однако они могут и отрицательно влиять на жизнь человека, вызывая тяжёлые заболевания. [4]

Морские простейшие, сыгравшие колоссальную роль в создании земной

суши Радиолярии. Они строят свой ажурный скелет из солей кремния,

поглощаемых из морской воды.

Класс Радиолярии, или Лучевики (Radiolaria). Радиолярии исключительно морские планктонные Саркодовые. Известно 7-8 тысяч видов радиолярий. Ещё больше видов известно в ископаемом состоянии. Большинство радиолярий обладают радиальной симметрией, что связано с приспособлением к парению в толще воды. Радиолярии не представляют единой по своей организации группы. По составу и строению скелета, микроструктуре аксоподий выделяется несколько подклассов радиолярий, которых нередко рассматривают даже как самостоятельные классы. [4]

В основу разделения радиолярий на отряды положены форма и строение скелета. Систематика радиолярий дискуссионна. В упрощенном варианте можно выделять многоосные шарообразные Spumellaria и одноосные шлемообразные Nassellaria. [7]

Отряд Фораминиферы (Foraminifera). Фораминиферы – морские раковинные корненожки. Это самая многочисленная группа Саркодовых. Фораминиферы встречаются во всех морях и особенно многообразны на глубинах 100-200м. Они входят в состав бентоса, ведут ползающий образ жизни. Редкие виды фораминифер, например, из рода Globegirina, ведут планктонный образ жизни.

Размеры раковин фораминифер колеблются в значительных пределах: наряду с формами микроскопическими, имеющими размеры до 0,02 – 0,05 мм, встречаются и «гигантские» раковины, достигающие более 100 мм. Среди фораминифер по комплексу признаков выделяют от 13 до 52 отрядов.

Фораминиферы многочисленны в морях и играют существенную роль в цепях питания, а также в аккумуляции извести из морской воды. Из раковин отмерших фораминифер образованы известковые осадочные породы: мел, нуммулитовые, глобигериновые известняки. В этом проявляется геологическая роль фораминифер. [2]

1.5 Интересные факты

В одной столовой ложке морского песка содержится в среднем от ста до двухсот тысяч раковин морских простейших — фораминифер.

До 90 процентов всей биомассы в мировом океане приходится именно на простейших.

Окаменевшие отпечатки самых древних на планете простейших насчитывают примерно четыре миллиарда лет.

Самые большие из простейших одноклеточных — морские корненожки фораминиферы. Длина одного такого существа могла составлять до двадцати с лишним сантиметров. Вымерли они более семидесяти миллионов лет назад.[11]

До недавнего времени бытовало мнение, мел целиком образован раковинками фораминифер. Однако на самом деле в состав ила входят ещё и панцири одноклеточных жгутиконосцев, и мел как таковой на 90-98% состоит как раз из известковых панцирей жгутиконосцев кокколитофорид. Каждый панцирь, или коккосфера, состоит из 10-20 взаимосвязанных известковых щитков. Количество таких щитков в 1 кубическом см писчего мела исчисляется астрономическими цифрами - 1010-1011. Одна черта, проведенная школьным мелом на классной доске, содержит в себе остатки многих миллионов ископаемых простейших.

В организме человека паразитируют около 30 видов простейших, некоторые из них вызывают опасные протозойные заболевания: амебиаз, токсоплазмозы, лейшманиозы, лямблиоз, трихомониаз, малярию, токсоплазмоз, балантидиоз. [4]

У некоторых видов простейших есть обоняние, и они умеют распознавать запахи. В самом глубоком месте на планете, на дне Марианской впадины, были обнаружены колонии простейших, которые в неизменном виде существуют более миллиарда лет.

Глава 2. Практическая часть

2.1. Микроскопирование

Методы исследования:

- работа с информационным источником;

- практическое исследование, микроскопирование;

- фото - фиксация;

- сравнение, анализ и обобщение информации.

Материалы: песок, мел, песчаник, морская вода, цифровой микроскоп.

Микроскоп – это прибор для получения увеличенных изображений и измерения линейных размеров объектов или деталей их структуры, невидимых или плохо видимых невооружённым глазом. Микроскоп состоит из следующих частей: тубус, объективы, лампа, окуляр, регулировочный винт, штатив, предметный столик. Для наших исследований был использован микроскоп Микмед-6 под увеличением 40/0.65.

Перед работой на микроскопе вымыли руки. Находящийся на руках жир может загрязнить предметные стекла и изучаемые объекты. Этот жир способен повредить как наши образцы, так и сам микроскоп.

Приготовили препарат: раскрошили в пыль с помощью пестика мел и песок и нанесли на предметное стекло. С помощью пипетки добавили каплю воды. Поставили второе предметное стекло под углом 45 градусов к первому и аккуратно опустили его. Поместили предметное стекло на предметный столик микроскопа. Закрепили предметное стекло с помощью двух клипс. Включили лампу микроскопа. После этого в центре предметного стекла возникло маленькое круглое световое пятно. Глядя в окуляр, при помощи винтов медленно поднимаем тубус, пока не появится чёткое изображение объекта исследования. (см. Приложение V)

2.2 Идентификация найденных остатков древних микроорганизмов под микроскопом

В ходе работы мы исследовали 6 образцов: несколько сортов школьного мела, цветной мел, строительный песок, морской песок, песчаник. А так как многие раковинные простейшие обитатели моря, мы решили рассмотреть и морскую воду, в надежде найти древние микроорганизмы.

В морской воде мы обнаружили только зелёные водоросли и кристаллы соли. Скорее всего, живые организмы находятся в толще воды, а нами была рассмотрена вода с поверхности моря. В песке мы увидели крупные остатки раковинных. К сожалению, по ним невозможно определить, что это были за организмы. (см. Приложение VI)

Новый школьный мел искусственный, в нём много примесей и мало живых организмов. Старый же мел натуральный, в нём мы обнаружили древних простейших. Попытались определить с помощью палеонтологического сайта Аммонит. ру и учебных пособий. Выяснили, что наши образцы состоят из радиолярий и фораминиферов. (см. Приложение VII)

В ходе исследования мы пришли к выводу, что только органические осадочные горные породы состоят из раковинных простейших.

Заключение

В ходе работы была проанализирована научная литература о древнейших микроорганизмах: изучена их классификация, определены места обитания.

Изучены осадочные горные породы. Мы выяснили, что полезное ископаемое мел — это тонкозернистая карбонатная осадочная горная порода, имеющая органическое происхождение. Песок — рыхлая осадочная горная порода, а также искусственный материал, состоящий из зёрен горных пород. Песчаник - обломочная осадочная горная порода, представляющая собой однородный или слоистый агрегат обломочных зёрен.

Приобретены навыки работы с цифровым микроскопом.

В ходе исследования мы идентифицировали древние микроорганизмы. Ими оказались простейшие организмы: радиолярии и фораминиферы, Подцарство Простейшие, Тип Саркомастигофоры, Класс Саркодовые.

Таким образом, поставленные задачи решены, цель достигнута.

Подводя итоги, мы пришли к выводу, что гипотеза подтвердилась частично – только органические осадочные горные породы состоят из раковинных простейших.

Полученные результаты с описанием и фотографиями ископаемых организмов, могут быть использованы на уроках биологии, географии и во внеклассной работе.

В настоящее время известно более 80000 видов простейших, однако ежегодно обнаруживаются десятки и сотни новых видов, что является показателем недостаточной изученности этой группы животных. Мы бы тоже хотели продолжать исследования в этой области.

Список литературы и используемых источников 1. Данукалова Г.А. Палеонтология в таблицах. Методическое руководство/ Г.А. Данукалова. - Тверь: Издательство ГЕРС, 2009.- 196 стр.2. Михайлова И.А. Палеонтология. Ч. 1: Учебник/ И.А. Михайлова, О.Б. Бондаренко. – М.: Изд-во МГУ, 1997.- 448 с. 3. Рябчикова Э.Д. Палеонтология: учебное пособие/ Э.Д. Рябчикова, И.В. Рычкова; Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015.-136 с. 4. Старков В.А. Зоология беспозвоночных. Подцарство Одноклеточные животное, или Простейшие (Protozoa): учебное пособие/ В.А. Стариков. – Орск: Издательство ОГТИ, 2011. – 123с. 5.https://ru.wikipedia.org/wiki/Геологическая_история_Земли Геологическая история Земли — Википедия 6.https://foxford.ru/wiki/geografiya/geologicheskie-eri-i-osnovnie-etapi-razvitiya-prirodi-zemli Онлайн-школа Фоксфорд 7. https://studylib.ru/doc/2070373/mihajlova-i.a.-paleontologiya.-2 Михайлова И.А. Палеонтология. 2 8.https://nauka.club/khimiya/mel.html Мел - характеристика, происхождение, свойства, формула и структура 9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Песок Песок — Википедия 10.https://obrazovanie-gid.ru/pereskazy1/pesok-proishozhdenie-gornoj-porody-kratko.html Песок происхождение горной породы кратко 11.http://стофактов.рф/11-интересных-фактов-о-простейших/ 11 интересных фактов о простейших — СТО ФАКТОВ 12.https://kulturologia.ru/blogs/050622/53468/ Что особенного увидели ученые, рассматривая под микроскопом песок из разных уголков планеты 13. https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/94709 Песчаник | это... Что такое Песчаник? 14. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Фоссилии — Википедия 15. https://www.paleo.ru/institute/publications/geo/list.php?SECTION_ID=247

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Геологическое прошлое Приложение I

1.2 Фоссилизация Приложение II

1.3 Осадочные горные породы Приложение III

1.4 Раковинные простейшие Приложение IV

Глава 2. Практическая часть

2.1. Микроскопирование Приложение V

2.2 Идентификация найденных остатков древних микроорганизмов под микроскопом Приложение VI

2.2 Идентификация найденных останков древних микроорганизмов под микроскопом Приложение VII

2.2 Идентификация найденных остатков древних микроорганизмов под микроскопом Приложение VIII