Maailman tarina

Kaikki tietävät, mikä on fossiili! Miten sinä siis määrittelet tämän termin? Tässä laboratoriossa määrittelemme sen tarkoittavan mitä tahansa todisteita esihistoriallisen elämän olemassaolosta. Se, mitä tässä määritelmässä on vaikea määritellä, on se, mitä esihistoriallisella tarkoitetaan. Pitäisitkö Pompeijissa säilöttyjä ruumiita fossiileina vai entä pleistoseenikaudelta peräisin olevan jäädytetyn mastodonin jäännöksiä, jotka olivat säilyneet riittävän hyvin syötäviksi? Jotkut sanovat, että kaikki yli 11 000 vuotta vanha on fossiilia, mutta tämä osa määritelmäämme on semantiikkaa. Hyvä paikka oppia lisää fossiileista ja fossiilisoitumisesta on Digital Atlas of Ancient Life.

6.2 Säilytystyypit

Fossiileja säilyy kolmella päämenetelmällä: muuttumattomilla pehmeillä tai kovilla osilla, muuttuneilla kovilla osilla ja jälkijälkifossiileilla. Tutustuit jälkifossiileihin jo luvussa 4. Taponomia on tiede siitä, miten eliöt hajoavat ja fossiilisoituvat eli siirtyvät biosfääristä litosfääriin.

Muuttumattomat fossiilit ovat uskomattoman harvinaisia, paitsi jos ne on vangittu meripihkaan, vangittu tervaan, kuivattu tai jäädytetty kuin säilynyt villamammutti. Meripihka on kivettynyttä puun pihkaa, joka voi vangita kukkia, matoja, hyönteisiä sekä pieniä sammakkoeläimiä ja nisäkkäitä. Yhden kirjoittajan isä oli mukana kultakaivoksen ruoppausoperaatiossa, joka kaivoi esiin villamammutin vasikan (lempinimeltään Effie) Alaskassa; tämä oli ensimmäinen Pohjois-Amerikasta löydetty muumioitunut mammutin jäännös. Vaikka se haudattiin noin 21 300 vuotta sitten, se koostuu yhä kudoksesta ja hiuksista. Joskus jäljelle jää vain orgaanisia jäämiä, jotka havaitaan molekyylibiokemiallisilla tekniikoilla. Maapallon vanhimmat fossiilit säilyvät vain monimutkaisina orgaanisina molekyyleinä.

Pehmeää kudosta on vaikea säilyttää, sillä sen on täytynyt olla haudattuna hapettomaan, matalaenergiseen sedimenttiympäristöön, jossa bakteerien hajoamista ei voi tapahtua. Koska nämä olosuhteet ovat harvinaisia, pehmytkudoksen säilymistä tapahtuu harvoin. Sen sijaan yleisiä esimerkkejä muuttumattomista fossiileista ovat luurankomateriaali, joka on säilynyt vähän tai ei lainkaan muuttuneena. Monet meren selkärangattomat fossiilit ja mikrofossiilit ovat säilyneet tällä tavoin. Paleontologit tarkastelevat fossiileja nyt tarkemmin ja alkavat tunnistaa fossiileja ympäröivässä kivessä olevat ohuet hiilikerrokset pehmeäksi kudokseksi. Hiljattain New Yorkissa sijaitsevan American Museum of Natural History -museon paleontologin Mark Norellin johtama ryhmä tunnisti yli 200 miljoonaa vuotta sitten syntyneiden dinosaurusten alkioiden ympärillä hiilikerroksen, jonka he uskovat olleen pehmeän munan kuori!

Muuttumattomat fossiilit sisältävät mineraaleja, jotka on tuotettu biologisesti; näitä ovat mm. apatiitti (luissa ja hampaissa ja harvoin ulkoluussa, kovuus = 5), kalsiitti (kalsiumkarbonaatti, jota esiintyy monissa eliöissä, kuten kuorissa, kovuus = 3, huurtuu hapossa), aragoniitti (samankaltainen kuin kalsiitti, mutta epästabiili polymorfi) ja opaali (piidioksidityyppi, jota esiintyy merieläimissä ja -kasveissa, kovuus = 7). Joidenkin hyönteisten ja niveljalkaisten kovat osat (ulkoluuranko) on valmistettu kitiinistä, joka on selluloosaan sukua oleva polysakkaridi. Jos siis pystyt tunnistamaan fossiilissa esiintyvät mineraalit, voit erottaa, onko se alkuperäistä materiaalia vai muuttunutta.

Kovien osien muuttuminen on paljon yleisempää fossiileissa, ja sitä tapahtuu, kun alkuperäinen luurankomateriaali joko permineralisoituu, uudelleenkiteytyy, korvautuu, hiiltyy tai liukenee (taulukko 6.1).

Taulukko 6.1 – Yleiset fossiilisen säilymisen tyypit

Säilymisen tyyppi	Esimerkki
Permineralisaatiota tapahtuu huokoisessa kudoksessa, kuten luussa ja puussa. Tässä säilyvyystyypissä veteen liuenneet mineraalit, kuten kvartsi, kalsiitti tai pyriitti, tunkeutuvat huokostilaan ja kiteytyvät. Näiden mineraalien lisääminen johtaa tiheämpiin ja kestävämpiin fossiileihin. Alkuperäinen luu- tai puuaines voi säilyä, tai se voi korvautua tai uudelleenkiteytyä
Uudelleenkiteytymiseen liittyy muutos kiderakenteessa, mutta ei muutos mineraalien kemiassa, samaan tapaan kuin uudelleenkiteytymiseen metamorfisissa kivissä. Esimerkiksi monien simpukankuorien yleinen mineraali aragoniitti muuttuu joskus kalsiitiksi, geologisesti vakaammaksi muodoksi, jolla on sama kemiallinen koostumus, CaCO3 (eli polymorfi). Tyypillisesti uudelleenkiteytyneen fossiilin kokonaiskoko ja -muoto eivät poikkea olennaisesti alkuperäisestä, muuttumattomasta näytteestä, mutta hienoja yksityiskohtia saattaa hävitä.
Korvautuminen on alkuperäisen luurankomateriaalin korvautumista toissijaisella mineraalilla. Esimerkiksi osterin kuoren kalsiitti voidaan korvata molekyylikohtaisesti piidioksidilla. Huomionarvoista on, että korvattu fossiili voi säilyttää osan alkuperäisen fossiilin hienoista solujen yksityiskohdista, vaikka sen koostumus on muuttunut. Tämäntyyppisessä fossiilisoitumisessa huokostila ei täyty ja fossiilit eivät ole yhtä tiiviitä. Yleisimmät korvaavat mineraalit ovat piidioksidi (kvartsi), pyriitti, dolomiitti ja hematiitti. Pyriitillä tapahtuva korvautuminen synnyttää joitakin näyttäviä fossiileja, erityisesti mustien liuskeiden isännöimät fossiilit!
Karbonisoituminen on fossiilien säilymisen tyyppi, jossa organismi säilyy alkuperäisen orgaanisen aineksen sijaan jäljellä olevana, ohuena hiilikalvona. Lehdet, kalat ja graptoliitit säilyvät yleisesti tällä tavoin. Alkuperäisen organismin kokoonpuristuminen johtaa ohuisiin hiilikerroksiin. Karbonisoituminen voi johtaa myös hiilen muodostumiseen.
Muotit ja valukappaleet muodostuvat, kun alkuperäinen luurankomateriaali liukenee. Eliö jättää sedimenttiin jäljen, jota kutsutaan muotiksi, ja jos tämä jälki täyttyy uudella sedimentillä, syntyy valukappale. Valukappaleet syntyvät muotista.
Sisäiset muotit muodostuvat, kun sedimentti täyttää kuoren sisäpuolen ennen kuin se liukenee; näin tapahtuu simpukoiden, etanoiden tai kallojen sisällä. Usein ihmiset sekoittavat valukappaleet ja sisäiset muotit, koska molemmissa on positiivinen reliefi. Sisäiset muotit säilyttävät 3-dimensionaalisen muotin eliön sisältä, kun taas valussa säilyy eliön uloimman osan rakenne.

Luvussa 4 käsittelemämme jälkifossiilit eivät oikeastaan ole fossiileja vaan todisteita siitä, että eliöt ovat vaikuttaneet sedimenttiin kaivautumalla, kävelemällä tai jopa jättämällä jälkeensä ulosteita tai oksennusta. Ei vitsi, on olemassa fossiilista kakkaa; tällaista jälkifossiilia kutsutaan ”koproliitiksi”, joka tulee kreikan kielen sanasta kopros, joka tarkoittaa lantaa. Viimeinen harvinainen jälkifossiilityyppi ovat gastroliitit, erittäin sileät kiillotetut kivet, jotka auttoivat eläinten ja fossiilien, kuten dinosaurusten ja krokotiilien, ruoansulatusta. Ne ovat kiillotetumpia kuin virtauksen kuluttamat sorat.

Jos ystäväsi joskus pyytää sinua auttamaan fossiilin tunnistamisessa, varo pseudofossiileja, diageneesin onnettomuuksia, jotka näyttävät fossiililta, mutta ovat vain outoja sedimenttimuodostumia, kuten septarian kyhmyjä, joita luullaan erehdyksessä matelijoiden nahoiksi tai kilpikonnien koteloiksi, konketiiveja luullaan erehdyksessä muniksi ja mangaanioksididendriittejä erehdyksessä saniaisiksi tai sammaliksi.

6.3 Fossiilien käsittely

Jos suoritat tämän laboratorion silloin, kun opetus tapahtuu kasvokkain laboratorioympäristössä, voit käsitellä sekä aitoja että jäljennettyjä fossiilinäytteitä. Vaikka nämä ovat saattaneet olla olemassa miljoonia tai miljardeja vuosia ja näyttävät nyt kiviltä, niitä on kohdeltava kunnioittavasti. Jotkut käsittelemistäsi fossiileista saattavat olla kokoelman ainoat lajinsa yksilöt.

Jos olet miettinyt, miten voit aloittaa oman fossiilikokoelmasi, voit joko lähteä etsimään omia tai ostaa niitä. Myytävien fossiilien hinta vaihtelee halvoista törkeän kalliisiin. Vuonna 2020 nimetön keräilijä osti fossiilisen Tyrannosaurus rexin, lempinimeltään Stan, 31,85 miljoonalla dollarilla. Tässä yksilössä oli vain 188 luuta, ja se oli yksi lajinsa täydellisimmistä. Voit löytää myös edullisia fossiileja, kuten Marokosta peräisin olevia fossiilisia etanoita vain 0,30 dollarin kappalehintaan.

Jotkut fossiilit ovat äärimmäisen hauraita. Joitakin herkkiä näytteitä valmistellaan ilmahionnalla talkilla matriksin poistamiseksi. Joidenkin trilobiittinäytteiden kohdalla tämä kestää tuhansia tunteja, jotta niiden herkät piirteet tulevat esiin.

Joitakin käyttämiäsi fossiileja voi olla helppo korvata ja toisia mahdotonta. Toiset saattavat olla osa tiedekunnan jäsenen henkilökohtaista kokoelmaa. Käsittele vain niitä näytteitä, joita opinto-ohjaajasi sanoo, että voit käsitellä.

Fossiileja voit tutkia vain laboratoriosession aikana. Viimeisimmän pandemian aikana monet samanlaiset yksilöt on kerätty verkkokuviksi, joihin TA:si antaa sinulle linkin.

Olet vapaa tekemään luonnoksia tai valokuvaamaan yksilöitä. Jos teette näin, kannattaa kuvaan laittaa mittakaava, kuten kolikko tai viivoitin. Tämä auttaa sinua muistamaan esineen koon.

Joskus näytteisiin on kirjoitettu etikettejä tai numeroita ja toisissa ei, koska ne voivat olla liian hauraita edes kirjoitettaviksi. On erittäin tärkeää, että laitat jokaisen näytteen takaisin oikeaan laatikkoonsa tai paikkaansa laboratoriolokeroon. Älä myöskään siirrä mitään paperitarroja laatikoista. Näin vältyt sekaannuksilta muiden laboratorio-opiskelijoiden kanssa.

Jotkut suuremmista näytteistä voivat olla painavia, erityisesti ne, jotka ovat sedimentillä täytettyjä muotteja. Älä koskaan yritä raaputtaa näytteitä kovuuden vuoksi. Älä myöskään koskaan käytä happoa mineraalitestinä.

Loppujen lopuksi, jos rikot tai varastat näytteen, joudut maksamaan sen korvaamisesta.