Paleontoloģija ir zinātnes nozare, kas pēta fosilijas un izdara secinājumus par dzīvības attīstības vēsturi.
Salīdzinot dažāda vecuma fosilijas, ir novērojama pakāpeniska sugu nomaiņa, pēc kuras iespējams secināt dzīvības attīstības gaitu. Paleontologi ir atklājuši, ka viena un tā paša vecuma slāņos visā pasaulē ir vienas un tās pašas fosilijas. Līdz ar to pēc kādas fosilijas klātbūtnes var noteikt iežu un arī citu fosiliju relatīvo vecumu. Jo vecāks iežu slānis, jo organismu atliekām ir primitīvāka uzbūve.
Fosilijas ir mineralizējušās dzīvo organismu paliekas, kas dod liecību par to, kādas dzīvības formas ir eksistējušas pirms miljoniem gadu.
Atsegtos iežu slāņos dažkārt atrod senu augu, dzīvnieku un citu organismu atliekas, pārsvarā tās ir pārakmeņojušās. Pēc bojāejas saglabājas tikai tās organisma daļas, ko neapēd vai nesadala baktērijas. Parasti saglabājas čaula, kauli, ragi un citas cietās daļas, mīkstie audi parasti aiziet bojā, tikai dažreiz atstājot nospiedumus vai pārakmeņojumus.
Pārakmeņojumi veidojas, ja bojā gājušā organisma audos iekļūst sāļus saturošs ūdens. Audi mineralizējas un sacietē nezaudējot formu. Kā piemēru var minēt Latvijas teritorijā atrasto devona perioda dzīvnieka Ventastega curonica fosilās atliekas, kas atrastas Kurzemē – iežu atsegumos Ventas upes baseinā Skrundas apkārtnē. Šīs atrastās fosilijas ir vērtīgas labās saglabātības pakāpes dēļ: samērā viegli preparējamos smilšakmeņos fosilijas saglabājušas savu trīsdimensionālo formu, kas tuva oriģinālajai.
Ja bojā gājušie organismi nokļūst ūdenī, kur tos ātri pārklāj sanesas un dubļi, skābeklis nepiekļūst un sadalīšanās notiek ļoti lēni. Sanesām saspiežoties, izveidojas nogulumi, kas pārvēršas par nogulumiežiem ar seno organismu nospiedumiem. Latvijā ir atrodams gliemeždolomīts, kas veidojies devona periodā pirms 370 gadu miljoniem, kad šeit bijusi sekla jūra. Šis dolomīta paveids ticis plaši izmantots būvniecībā, piemēram, Rīgas svēta Pētera baznīcas mūros.
Apvidos, kur valda mūžīgais sasalums, ir atrodamas sasalušas fosilijas. Parasti tās ir labi saglabājušās. Tā, piemēram, 2007. gadā Rietumsibīrijā atrada mamuta sieviešu kārtas mazuli, kura praktiski saglabājusies pilnīgi- bija gan snuķis, gan acis, gan daļa apmatojuma.
Seno kokaugu sveķos ielipa kukaiņi, augu daļas un citi sīki organismi. Nokļūstot sālsūdenī, šie sveķi polimerizējas, sacietēja un izveidojās dzintars. Šādi ieslēgumi dzintarā ir labi saglabājušies un vienkārši izpētāmi. Parasti dzintara vecums ir 25–35 miljoni gadu, visvairāk šo minerālu atrod Baltijas jūras dienvidaustrumu piekrastē un Dominikānas republikā.
Augu fosilās atliekas līdz mūsdienām saglabājušās arī kā akmeņogles. Izpētīts, ka tās veidojušās no augu organiskajām atliekām paleozoja ērā apmēram pirms 300 līdz 350 miljoniem gadu. Tās pārsvarā veidojas apstākļos, kuros augu atliekas uzkrājas ātrāk, nekā notiek to sadalīšanās baktēriju iedarbībā. Parasti šādi apstākļi ir purvos.
Svarīgi!
Lai noteiktu fosiliju vecumu, jāizmanto radiometriskā metode.
Tā pamatojas uz to, ka visi organismi nelielā daudzumā satur radioaktīvos izotopus, kuri tiek uzņemti dzīves laikā. Organismam ejot bojā, šie radioaktīvie izotopi sāk sabrukt un to daudzums samazinās. Ir aptuveni 20 dažādas radiometrijas metodes, no tām biežāk lietotās ir urāna-svina (U-Pb), kālija-argona (K-Ar), rubīdija-stroncija (Rb-Sr), radioaktīvā oglekļa (C-14) metode. Atkarībā no izmantotās metodes precizitāte ir vairāku gadu amplitūdā.
Zinot, piemēram, radioaktīvā oglekļa 14 (C-14) izotopa pussabrukšanas periodu (5700 gadi) un nosakot, cik daudz C-14 izotopa palicis fosilijā, var izrēķināt fosilijas vecumu. Šo metodi izstrādāja 1940. gadu otrajā pusē amerikāņu fizikālķīmiķis Vilards Libijs (W.Libby 1908-1980) un par šo atklājumu 1960. gadā saņēma Nobela prēmiju ķīmijā. Pateicoties metodei ar radioaktīvo oglekli diezgan precīzi var noteikt arheoloģisko atradumu vecumu līdz 50 000 gadu tālai pagātnei.
Senu koka fragmentu parauga vecumu no kādas celtnes, arheoloģiskā izrakuma, apbedījuma var noteikt, izmantojot dendrohronoloģisko metodi.
Tās pamatā ir koku gadskārtu gredzenu pētījumi. Atkarībā no vides faktoriem gada gredzens var būt platāks vai šaurāks, konkrētā teritorijā vienas sugas augoši koki reaģē līdzīgi. Izmērot vairāku vienas sugas koku vidējo pieaugumu pa gadiem, tiek izveidots dendrohronoloģiskais kalendārs. Katrā konkrētā teritorijā veido savu kalendāru. Piemēram, Rietumeiropā visvairāk pētītais un datētais koks ir ozols, Ziemeļamerikā – priede. “Garākais” kalendārs Centrāleiropā sasniedz jau 12460 gadus, Kalifornijā – 8700 gadus. Ar šo kalendāru salīdzina pētāmā koka vai koka detaļu gadu gredzenus.
Tās pamatā ir koku gadskārtu gredzenu pētījumi. Atkarībā no vides faktoriem gada gredzens var būt platāks vai šaurāks, konkrētā teritorijā vienas sugas augoši koki reaģē līdzīgi. Izmērot vairāku vienas sugas koku vidējo pieaugumu pa gadiem, tiek izveidots dendrohronoloģiskais kalendārs. Katrā konkrētā teritorijā veido savu kalendāru. Piemēram, Rietumeiropā visvairāk pētītais un datētais koks ir ozols, Ziemeļamerikā – priede. “Garākais” kalendārs Centrāleiropā sasniedz jau 12460 gadus, Kalifornijā – 8700 gadus. Ar šo kalendāru salīdzina pētāmā koka vai koka detaļu gadu gredzenus.
Drošus pierādījumus tam, ka visi organismi ir cēlušies no kopēja senča, dod salīdzinošās zinātnes.
Svarīgi!
Salīdzinošā anatomija salīdzina pie dažādām sistemātiskām grupām piederošus organismus. Konstatējot daudzas kopīgas iezīmes to uzbūvē, var secināt par kopīgu izcelšanos.
Rudimentārie orgāni ir orgāni, kas zaudējuši savu nozīmi, taču vēl nav līdz galam izzuduši.
Atavismi ir tādu pazīmju parādīšanās, kādas bija raksturīgas tāliem senčiem un evolūcijas gaitā jau bija izzudušas- iepriekšējās paaudzēs nebija novērotas.
Cilvēkam atavismi ir aste, lieki krūšu zirnīši, biezs apmatojums uz ķermeņa. Dzīvnieku pasaulē atavismi ir svītraina kumeļa piedzimšana zirgam. Parasti tas notiek, ja ir saglabājušies gēni, kas kādu mutāciju dēļ vai arī kombinējoties nomāc dominējošos gēnus un izpaužas fenotipiski.
Homologiem orgāniem ir kopīga izcelsme, līdzīga uzbūve un atrašanās vieta organismā, taču tie var veikt dažādas funkcijas.
Homologie orgāni parasti novērojami organismiem, kam radniecība ir tuvāka. Piemēram, zīdītāju ekstremitātes, putnu knābji, kukaiņu mutes orgāni. Homologie orgāni ir arī segsēkļu vītes un ērkšķi, kas ir lapu pārveidnes.
Analogie orgāni veic līdzīgas funkcijas, taču to uzbūve un izcelsme ir dažāda.
Analogie orgāni veidojās kā organismu adaptācija videi. Piemēram, kukaiņu spārni un putna spārni. Abi šie spārnu veidi nodrošina dzīvo organismu pārvietošanos lidojot gaisā, taču to izcelsme un uzbūve ir dažāda. Peldēšanas funkciju ūdenī nodrošina gan zivs spuras, gan zīdītāju un putnu pleznas. Rezerves barības vielu uzkrāšanos nodrošina gan saknes pārveidnes - gumi, gan vasas pārveidnes - bumbuļi un sīpoli.
Svarīgi!
Salīdzinošā embrioloģija pēta embrija vēsturisko attīstību un salīdzina dažādu sugu embrija attīstības stadijas. Ar salīdzinošās embrioloģijas atziņām ir izdevies uzzināt, ka radniecīgām sugām ir līdzīga embrionālā attīstība. Tās sugas, kam ir līdzīga embrionālā attīstība, tiek uzskatītas par radniecīgām pat tad, ja pieauguši indivīdi ir stipri atšķirīgi.
Pateicoties zinātnes atklājumiem un modernu tehnoloģiju attīstībai, 20. gadsimtā ir izpētīta šūnas un tās sastāvdaļu uzbūve.
Zinātne, kas pēta šūnas, to uzbūvi, funkcijas, vairošanos, novecošanu un bojāeju, sauc par citoloģiju.
Noskaidrots, ka visi organismi sastāv no šūnām, visas šūnas ir līdzīgas, iedzimtības nesējs tajās ir DNS. 1950. gada, kad zinātnieki Džeimss Votsons (J. D. Watson, 1928) un Frānsiss Kriks (F. H. C. Crick, 1916-2004), kuri kopā ar Morisu Vilkinsu (M.Wilkins, 1916-2004) atklāja DNS telpisko struktūru, izveidoja trīsdimensiju modeli un noteica četru molekulu pamatpārus. Šis ir viens no nozīmīgākajiem 20. gadsimta notikumiem bioloģijā, jo pateicoties tam pēc tam tika atšifrēts ģenētiskais kods, kas ir universāls visiem dzīvajiem organismiem.