Příběh Země

Každý ví, co je to zkamenělina! Jak tedy definujete tento pojem? V této laboratoři jej budeme definovat jako jakýkoli důkaz existence prehistorického života. Co je v této definici obtížné definovat, je to, co se rozumí pod pojmem prehistorický. Považovali byste za zkameněliny těla zachovaná v Pompejích, nebo co třeba pozůstatky zmrzlého mastodonta z pleistocénu, které se zachovaly dostatečně dobře na to, aby se daly jíst? Někteří říkají, že cokoli staršího než 11 000 let je fosilie, ale tato část naší definice je otázkou sémantiky. Dobrým místem, kde se o zkamenělinách a fosilizaci dozvíte více, je Digitální atlas dávného života.

6.2 Typy zachování

Zkameněliny se zachovávají třemi hlavními způsoby: nezměněné měkké nebo tvrdé části, změněné tvrdé části a stopové zkameněliny. O stopových zkamenělinách jste se již dozvěděli v kapitole 4. Tafonomie je věda o tom, jak se organismy rozpadají a stávají se zkamenělinami neboli přecházejí z biosféry do litosféry.

Nezměněné zkameněliny jsou neuvěřitelně vzácné, s výjimkou těch, které jsou zachyceny v jantaru, uvězněny v dehtu, vysušeny nebo zmraženy jako zachovalý vlnitý mamut. Jantar je zkamenělá pryskyřice stromů, která dokáže zachytit květiny, červy, hmyz i malé obojživelníky a savce. Otec jednoho z autorů se podílel na bagrování při těžbě zlata, při němž bylo na Aljašce objeveno mládě mamuta srstnatého (přezdívaného Effie); šlo o první mumifikované pozůstatky mamuta objevené v Severní Americe. Přestože bylo pohřbeno asi před 21 300 lety, stále se skládá z tkání a chlupů. Někdy po ní zůstávají pouze organické zbytky, které se zjišťují pomocí molekulárně biochemických technik. Nejstarší zkameněliny na Zemi se zachovaly pouze jako složité organické molekuly.

Měkké tkáně se zachovávají obtížně, protože musí být pohřbeny v sedimentárním prostředí bez kyslíku a s nízkou energií, kde nemůže docházet k bakteriálnímu rozkladu. Protože tyto podmínky jsou neobvyklé, dochází k zachování měkkých tkání jen zřídka. Místo toho jsou běžnými příklady nezměněných zkamenělin kosterní materiály, které se dochovaly s malými nebo žádnými změnami. Takto se zachovalo mnoho zkamenělin mořských bezobratlých a mikrofosilií. Paleontologové se nyní na zkameněliny dívají blíže a začínají rozpoznávat tenké vrstvy uhlíku v hornině kolem zkamenělin jako měkkou tkáň. Nedávno tým vedený Markem Norellem, paleontologem z Amerického přírodovědného muzea v New Yorku, identifikoval vrstvu uhlíku kolem dinosauřích embryí vzniklých před více než 200 miliony let, o níž se domnívají, že se jedná o měkkou vaječnou skořápku!

Nezměněné zkameněliny obsahují minerály, které vznikly biologickou cestou; patří k nim apatit (v kostech a zubech a zřídka v exoskeletonech, tvrdost = 5), kalcit (uhličitan vápenatý, který se nachází v mnoha organismech, například ve schránkách, tvrdost = 3, v kyselině šumí), aragonit (podobný kalcitu, ale nestabilní polymorf) a opál (druh oxidu křemičitého, který se nachází v mořských živočiších a rostlinách, tvrdost = 7). Tvrdé části (exoskelet) některých druhů hmyzu a členovců jsou tvořeny chitinem, polysacharidem příbuzným celulóze. Pokud tedy dokážete identifikovat minerály přítomné ve zkamenělině, můžete rozlišit, zda se jedná o původní materiál, nebo o materiál pozměněný.

Pozměna tvrdých částí je u zkamenělin mnohem častější a dochází k ní tehdy, když je původní kosterní materiál buď permineralizován, rekrystalizován, nahrazen, karbonizován nebo rozpuštěn (tab. 6).1).

Tabulka 6.1 – Běžné typy konzervace fosilií

Typ konzervace	Příklad
K permineralizaci dochází u porézních tkání, jako jsou kosti a dřevo. Při tomto typu konzervace pronikají do pórového prostoru minerály rozpuštěné ve vodě, jako je křemen, kalcit nebo pyrit, a krystalizují. Přidáním těchto minerálů vznikají hustší a odolnější zkameněliny. Původní kostní nebo dřevěný materiál může být zachován, nebo může být nahrazen či překrystalizován
Rekrystalizace zahrnuje změnu krystalové struktury, ale ne změnu chemismu minerálů, podobně jako rekrystalizace v metamorfovaných horninách. Například minerál aragonit, běžný minerál mnoha mušlí, se někdy mění na kalcit, geologicky stabilnější formu stejného chemického složení, CaCO3 (tzv. polymorf). Obvykle se celková velikost a tvar rekrystalizované fosilie podstatně neliší od původního nezměněného exempláře, ale mohou se ztratit jemné detaily.
Replacement je nahrazení původního kosterního materiálu druhotným minerálem. Například kalcit ze skořápky ústřice může být molekulu po molekule nahrazen křemíkem. Pozoruhodné je, že nahrazená fosilie si může zachovat některé jemné buněčné detaily přítomné v originálu, přestože se změnilo její složení. Při tomto typu fosilizace není vyplněn prostor pórů a zkameněliny nejsou tak husté. Nejčastějšími náhradními minerály jsou křemen (křemen), pyrit, dolomit a hematit. Nahrazení pyritem vytváří některé velkolepé zkameněliny, zejména ty, které hostí černé břidlice!“
Karbonizace je typem konzervace fosilií, při kterém se organismus zachoval jako zbytková tenká vrstva uhlíku namísto původní organické hmoty. Tímto způsobem se běžně zachovávají listy, ryby a graptolity. Stlačením původního organismu vznikají tenké vrstvy uhlíku. Výsledkem karbonizace může být také vznik uhlí.
Při rozpouštění původního kosterního materiálu vznikají formy a odlitky. Organismus po sobě zanechá v sedimentu otisk, který se nazývá forma, a pokud se tento otisk zaplní novým sedimentem, vznikne odlitek. Odlitky vznikají z forem.
Vnitřní formy vznikají, když sediment vyplní vnitřek schránky před jejím rozpuštěním; k tomu dochází uvnitř mlžů, plžů nebo lebek. Často se stává, že lidé zaměňují odlitky a vnitřní formy, protože obě mají pozitivní reliéf. Vnitřní formy zachovávají trojrozměrnou formu vnitřku organismu, zatímco odlitek zachová strukturu vnější části organismu.

Sledové zkameněliny, o kterých jsme hovořili v kapitole 4, nejsou ve skutečnosti zkameněliny, ale důkazy o tom, že organismy ovlivnily sediment zahrabáním, chůzí nebo dokonce zanecháním exkrementů či zvratků. Bez legrace, existují fosilní výkaly; tento druh stopových zkamenělin se nazývá „koprolit“, z řeckého slova kopros, což znamená trus. Posledním vzácným typem stopové zkameněliny jsou gastrolity, extrémně hladké leštěné kameny, které napomáhaly trávení u zvířat a zkamenělin, jako jsou dinosauři a krokodýli. Jsou silněji vyleštěné než štěrky opotřebované potokem.

Pokud vás někdy kamarád požádá o pomoc s určením zkameněliny, dejte si pozor na pseudozkameněliny, nehody způsobené diagenezí, které vypadají jako zkameněliny, ale jsou to jen podivné sedimentární útvary, například septariové konkrece, které jsou mylně považovány za kůži plazů nebo želví krunýře, konkrece jsou mylně považovány za vejce a dendrity oxidu manganičitého, které jsou mylně považovány za kapradiny nebo mech.

6.3 Manipulace se zkamenělinami

Pokud tuto laboratoř absolvujete při prezenční výuce v laboratorním prostředí, budete moci manipulovat se skutečnými i replikovanými vzorky zkamenělin. Ty sice mohou existovat miliony či miliardy let a vypadají jako dnešní skály, ale je třeba s nimi zacházet s úctou. Některé zkameněliny, s nimiž můžete manipulovat, mohou být jediným exemplářem svého druhu ve sbírce.

Pokud jste přemýšleli, jak založit vlastní sbírku zkamenělin, můžete buď začít hledat vlastní, nebo si je koupit. Cena zkamenělin na prodej se pohybuje od levných až po nehorázně drahé. V roce 2020 koupil anonymní sběratel zkamenělinu Tyrannosaura rexe, přezdívaného Stan, za 31,85 milionu dolarů. Tento exemplář měl pouze 188 kostí a byl jedním z nejkompletnějších svého druhu. Najít můžete i levné zkameněliny, například zkamenělé šneky z Maroka za pouhých 0,30 dolaru za kus.

Některé zkameněliny jsou extrémně křehké. Některé křehké vzorky se připravují otřením vzduchem s mastkem, aby se odstranila matrice. U některých vzorků trilobitů to trvá tisíce hodin, než se odhalí jejich jemné rysy.

Některé zkameněliny, které použijete, mohou být snadno nahraditelné a jiné nemožné. Jiné mohou být součástí osobní sbírky člena fakulty. Zacházejte pouze s těmi exempláři, o kterých vám váš TA řekne, že s nimi můžete zacházet.

Zkameněliny budete mít k dispozici ke zkoumání pouze během laboratorního sezení. Během nedávné pandemie je mnoho podobných exemplářů shromážděno v podobě webových obrázků, na které vám váš TA poskytne odkaz.

Samostatně si můžete pořizovat náčrtky nebo exempláře fotografovat. Pokud tak učiníte, můžete do obrázku vložit měřítko, například minci nebo pravítko. To vám pomůže zapamatovat si velikost předmětu.

Některé exempláře budou mít na sobě napsané štítky nebo čísla, jiné ne, protože mohou být příliš křehké, aby se na ně vůbec dalo psát. Je velmi důležité, abyste každý exemplář uložili zpět do správné krabice nebo na správné místo v laboratorním zásobníku. Rovněž nepřemisťujte žádné papírové štítky z krabiček. Předejdete tak zmatení ostatních studentů laboratoře.

Některé větší exempláře mohou být těžké, zejména ty, které jsou plísněmi naplněné sedimenty. Nikdy se nepokoušejte vzorky poškrábat kvůli tvrdosti. Nikdy také nepoužívejte kyselinu jako test na minerály.

Nakonec, pokud rozbijete nebo ukradnete vzorek, bude vám účtována jeho náhrada.

Casella, L.A., Griesshaber, E., Yin, X., Ziegler, A., Mavromatis, V., Müller, D., Ritter, A.-C., Hippler, D., HarperE.M/, Dietzel, M., Immenhauser, A., Schöne, B.R., Angiolini, L., and Schmahl, W.W., 2017, Biogeosciences, 14, 1461-1492, doi:10.5194/bg-14-1461-2017.

Kerans, C., and Kempter, K., 2002, Hierarchical stratigraphic analysis of a carbonate platform, Permian of the Guadalupe Mountains: The University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology (American Association of Petroleum Geologists/Datapages Discovery Series No. 5), CD-ROM.

Norell, M.A., Weimann, J., Fabbri, M., Yu, C., Marsicano, C.A., Moore-Nall, A., Varricchio, D.J., Pol, D., and Zelinitsky, D.A., 2020, The first dinosaur egg was soft. Nature, 583, 406-410, publikováno online 17. června 2020. doi: 10.1038/s41586-020-2412-8

Ritter, S., and Peterson, M., 2015, Interpreting Earth History: A Manual in Historical Geology, Eighth Edition, Waveland Press Inc., 291 s.

.