A fejezet céljai:
- A fosszíliák különböző megőrzési módjainak ismertetése
- A minták megőrzési módjának meghatározása
Mindenki tudja, mi az a fosszília! Szóval, hogyan definiálod ezt a fogalmat? Ebben a laborban úgy fogjuk definiálni, hogy az őskori élet létezésére utaló bármilyen bizonyítékot jelent. Ami ebben a definícióban nehezen definiálható, az az, hogy mit értünk őskori alatt. A Pompejiben konzervált holttesteket tekintenéd kövületnek, vagy mit szólnál egy fagyott masztodon maradványaihoz a pleisztocénből, amelyek elég jól konzerválódtak ahhoz, hogy megehessük őket? Egyesek szerint minden, ami 11 000 évnél régebbi, fosszíliának számít, de a definíciónknak ez a része szemantikai kérdés. Egy jó hely, ahol többet megtudhatunk a kövületekről és a megkövesedésről, a Digital Atlas of Ancient Life.
Az organizmusok megkövesedéséről szóló fejezetet egy gyors gyakorlattal kezdjük. A 6.1. ábra három különböző élőlényt tartalmaz.
- A 6.1. ábrán látható élőlények közül szerinted melyiknek van a legnagyobb esélye arra, hogy kövületté váljon, és miért?
- Melyik élőlénynek van szerinted a legnagyobb esélye arra, hogy nyomkövületet hagyjon maga után? ____________________
6.2. A megőrződés típusai
A fosszíliák három fő módszerrel maradnak meg: változatlan lágy vagy kemény részek, megváltozott kemény részek és nyomkövületek. A nyomkövületekről a 4. fejezetben már tanultál. A taphonomia annak tudománya, hogy az organizmusok hogyan bomlanak el és hogyan fosszilizálódnak, vagy hogyan mennek át a bioszférából a litoszférába.
A változatlan fosszíliák hihetetlenül ritkák, kivéve, ha borostyánba zárva, kátrányba zárva, kiszárítva vagy fagyasztva, mint egy konzervált gyapjas mamut. A borostyán a fák megkövesedett gyantája, amely virágok, férgek, rovarok, valamint kis kétéltűek és emlősök csapdájába eshet. Az egyik szerző édesapja részt vett egy aranybányászati kotróüzemben, amely Alaszkában egy gyapjas mamutborjút (becenevén Effie-t) tárt fel; ez volt az első mumifikálódott mamutmaradvány, amelyet Észak-Amerikában fedeztek fel. Annak ellenére, hogy körülbelül 21 300 évvel ezelőtt temették el, még mindig szövetekből és szőrből áll. Néha csak szerves maradványok maradnak hátra, amelyeket molekuláris biokémiai módszerekkel lehet kimutatni. A Föld legrégebbi fosszíliái csak összetett szerves molekulák formájában maradtak fenn.
A lágyszöveteket nehéz megőrizni, mivel oxigénmentes, alacsony energiájú üledékes környezetben kell eltemetni, ahol a bakteriális bomlás nem következhet be. Mivel ezek a körülmények nem gyakoriak, a lágyszövetek megőrzése ritkán történik meg. Ehelyett a változatlan fosszíliák gyakori példái azok a csontvázanyagok, amelyek kevés vagy semmilyen változással maradtak fenn. Számos tengeri gerinctelen fosszília és mikrofosszília maradt meg ilyen módon. A paleontológusok ma már közelebbről vizsgálják a fosszíliákat, és kezdik lágyszövetként felismerni a kövületeket körülvevő kőzetben lévő vékony szénrétegeket. Nemrégiben egy Mark Norell, a New York-i Amerikai Természettudományi Múzeum paleontológusa által vezetett csoport a több mint 200 millió évvel ezelőtt keletkezett dinoszauruszembriók körül egy olyan szénréteget azonosított, amely szerintük lágytojáshéj volt!
A változatlan fosszíliák olyan ásványokat tartalmaznak, amelyek biológiailag keletkeztek; ezek közé tartozik az apatit (a csontokban és fogakban, ritkán a külső vázakban, keménysége = 5), a kalcit (kalcium-karbonát, amely számos élőlényben, például kagylókban található, keménysége = 3, savban pezseg), az aragonit (a kalcithoz hasonló, de instabil polimorf) és az opál (a tengeri állatokban és növényekben található szilícium-dioxid egy fajtája, keménysége = 7). Egyes rovarok és ízeltlábúak kemény részei (exoskeleton) kitinből, a cellulózzal rokon poliszacharidból készülnek. Ha tehát azonosítani tudjuk a fosszíliában jelenlévő ásványokat, akkor meg tudjuk különböztetni, hogy eredeti anyagról van-e szó, vagy megváltoztatták.
A kemény részek megváltoztatása sokkal gyakoribb a fosszíliákban, és akkor történik, amikor az eredeti csontvázanyagot vagy permineralizálják, átkristályosítják, kicserélik, karbonizálják vagy feloldják (6. táblázat.1).
| A megőrződés típusa | Példa |
|---|---|
| A permineralizáció olyan porózus szövetekben fordul elő, mint a csont és a fa. A tartósítás ezen típusánál a vízben oldott ásványok, mint például a kvarc, kalcit vagy pirit, áthatolnak a pórustérbe és kikristályosodnak. Ezen ásványok hozzáadása sűrűbb és tartósabb fosszíliákat eredményez. Az eredeti csont- vagy faanyag megmaradhat, de lehet, hogy kicserélődik vagy átkristályosodik |
 |
| Az átkristályosodás a metamorf kőzetek átkristályosodásához hasonlóan a kristályszerkezet változásával jár, de az ásványok kémiájában nem következik be változás. Például az aragonit ásvány, amely számos kagyló gyakori ásványa, néha kalcittá változik, amely ugyanannak a kémiai összetételnek, a CaCO3-nak egy geológiailag stabilabb formája (más néven polimorf). Általában az átkristályosodott kövület általános mérete és alakja nem különbözik lényegesen az eredeti, változatlan példánytól, de a finom részletek elveszhetnek. |
 |
| A pótlás az eredeti vázanyag másodlagos ásványi anyaggal való helyettesítése. Például az osztrigahéj kalcitját molekulánként szilícium-dioxiddal lehet helyettesíteni. Figyelemre méltó, hogy a kicserélt fosszília megőrizheti az eredetiben lévő finom sejtes részleteket, annak ellenére, hogy az összetétele megváltozott. Az ilyen típusú megkövesedés során a pórustér nem töltődik ki, és a fosszíliák nem olyan sűrűek. A leggyakoribb helyettesítő ásványok a kovasav (kvarc), a pirit, a dolomit és a hematit. A pirit általi helyettesítés néhány látványos fosszíliát hoz létre, különösen azokat, amelyeket fekete palák fogadnak be! |
 |
| A karbonizáció a fosszíliák megőrzésének egy olyan típusa, amelyben a szervezet az eredeti szerves anyag helyett egy maradék, vékony szénréteg formájában marad meg. A levelek, halak és graptolitok általában így konzerválódnak. Az eredeti szervezet összenyomása vékony szénrétegeket eredményez. A karbonizáció szén képződését is eredményezheti. |
 |
| Az eredeti csontvázanyag feloldódásakor formák és öntvények alakulnak ki. Az organizmus lenyomatot hagy maga után az üledékben, amelyet öntőformának nevezünk, és ha ez a lenyomat új üledékkel töltődik fel, akkor öntvény jön létre. Az öntvények öntőformákból készülnek. |
 |
| A belső öntőformák akkor alakulnak ki, amikor az üledék kitölti a héj belsejét, mielőtt az feloldódna; ez kéthéjú kagylók, csigák vagy koponyák belsejében fordul elő. Gyakran előfordul, hogy az emberek összekeverik az öntvényeket és a belső penészeket, mert mindkettő pozitív domborzatú. A belső öntvények a szervezet belsejének 3 dimenziós formáját őrzik meg, míg a gipsz a szervezet legkülső részének szerkezetét fogja megőrizni. |
 |
A nyomkövületek, amelyeket a 4. fejezetben tárgyaltunk, valójában nem is fosszíliák, hanem annak bizonyítékai, hogy az élőlények az üledékre hatással voltak azáltal, hogy beásták magukat, járkáltak, vagy akár ürüléket vagy hányást hagytak maguk után. Nem viccelek, van fosszilis kaki; ezt a fajta nyomfosszíliát “koprolitnak” nevezik, a görög kopros szóból, ami trágyát jelent. Egy utolsó ritka nyomkövület-típus a gasztrolitok, rendkívül sima csiszolt kövek, amelyek az állatok és fosszíliák, például a dinoszauruszok és a krokodilok emésztését segítették. Ezek erősebben csiszoltak, mint a patakok kopott kavicsai.
A modell jobbra egy megőrzött fosszilis héjat (nem öntvény, eredeti), balra pedig egy külső öntőformát mutat az antarktiszi Snow Hill-sziget Lopez de Bertodano formációjából származó Gunnarites sp. ammonoid cephalopod kréta kori Lopez de Bertodano formációjából. A fosszilis példány a Paleontológiai Kutatóintézet (Ithaca, New York) gyűjteményéből származik. A példány átmérője (a környező kőzetet nem számítva) megközelítőleg 9 cm.
Cephalopoda: Gunnarites sp. (PRI 61543)
by Digital Atlas of Ancient Life
on Sketchfab
Ez egy példa a Cassidaria mirabilis nevű haslábú belső (1) és külső (2) formájára az antarktiszi Snow Hill-sziget kréta korából. A példány a Paleontológiai Kutatóintézet (Ithaca, New York) gyűjteményéből származik, és körülbelül 6 cm hosszú (a környező kőzetet nem számítva).
Gastropoda: (PRI 58468)
by Digital Atlas of Ancient Life
on Sketchfab
Még több 3D-s modell a fosszilis megőrzésről a Digital Atlas of Ancient Life oldalon található.
Ha valaha is megkér egy barátod, hogy segítsen azonosítani egy fosszíliát, figyelj az álkövületekre, a diagenezis baleseteire, amelyek úgy néznek ki, mint egy fosszília, de csak furcsa üledékes képződmények, mint például a szeptáriumgumók, amelyeket összetévesztik a hüllőbőrrel vagy teknőspáncéllal, a konkréciókat a tojásokkal, és a mangánoxid-dendriteket a páfrányokkal vagy mohákkal.
6.3 A fosszíliák kezelése
Ha ezt a labort akkor végzi, amikor a tanítás szemtől szemben, laboratóriumi körülmények között történik, akkor képes lesz kezelni a fosszíliák valódi és másolt példányait is. Bár ezek már évmilliók vagy évmilliárdok óta létezhetnek, és úgy tűnnek, mintha már kőzetek lennének, mégis tisztelettel kell bánni velük. Az általad kezelt fosszíliák némelyike lehet az egyetlen példány a maga nemében a gyűjteményben.
Ha már elgondolkodtál azon, hogyan kezdj saját fosszíliagyűjteményt, akkor vagy elkezdhetsz sajátot találni, vagy megvásárolhatod őket. Az eladó kövületek ára az olcsótól a felháborítóan drágáig terjed. 2020-ban egy névtelen gyűjtő 31,85 millió dollárért vásárolt egy Stan becenévre hallgató fosszilis Tyrannosaurus rexet. Ez a példány mindössze 188 csontból állt, és a faj egyik legteljesebb példánya volt. Olcsó fosszíliákat is lehet találni, például Marokkóból származó megkövesedett csigákat mindössze 0,30 dollárért darabonként.
Néhány fosszília rendkívül törékeny. Néhány törékeny mintát talkumporral történő légi csiszolással készítenek elő, hogy eltávolítsák a mátrixot. Egyes trilobitaminták esetében ez több ezer órát vesz igénybe, hogy feltárják finom vonásaikat.
Némelyik fosszíliát, amit használni fog, könnyen, másokat pedig lehetetlen pótolni. Mások a tanszéki tagok személyes gyűjteményének részét képezhetik. Csak azokat a példányokat kezelje, amelyeket a tanársegéd engedélyez.
A kövületeket csak a laboratóriumi foglalkozáson vizsgálhatja meg. A legutóbbi járvány során sok hasonló példányt gyűjtöttek össze webes képek formájában, amelyekhez a TA-ja megadja a linket.
Szabadon készíthet vázlatokat vagy fényképezheti a példányokat. Ha ezt megteszed, érdemes a képre egy méretarányt, például egy érmét vagy egy vonalzót tenni. Ez segít emlékezni a tárgy méretére.
A példányok némelyikére címkéket vagy számokat írnak, másokra viszont nem, mivel lehet, hogy túl törékenyek ahhoz, hogy egyáltalán rá lehessen írni. Nagyon fontos, hogy minden egyes mintát a megfelelő dobozba vagy laboratóriumi tálcába helyezzen vissza. Ne távolítsa el a papírcímkéket sem a dobozokból. Ez megakadályozza, hogy a többi laboratóriumi hallgató összezavarodjon.
A nagyobb minták némelyike nehéz lehet, különösen azok, amelyek üledékkel töltött öntőformák. Soha ne próbálja meg megkarcolni a példányok keménységét. Továbbá soha ne használjon savat ásványi anyagvizsgálatként.
Végül, ha eltörik vagy ellop egy mintát, a pótlás költségei Önt terhelik.
Vizsgálja meg az első mintasort, és töltse ki a táblázatot az eredeti biológiai anyag jelenlétére, a pozitív és negatív reliefre és a minták ásványi összetételére vonatkozó információkkal. Határozza meg a fosszíliák megőrzési módját. Használja segítségül a 6.10. ábrán látható folyamatábrát.
| Minta | Original Material Present? | Tartósítás* | Ásványi összetétel* | Tartósítás típusa | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
*Figyeljen arra, hogy nem biztos, hogy látja a domborzatot, vagy képes azonosítani az ásványt. Ezeket hagyja üresen, ha szükséges.
Kritikus gondolkodás: Miért a csere a leggyakoribb megőrzési mód?
Az, ahogyan egy szervezet megkövesedhet, sok mindentől függ. Az alábbiakban néhány példa, amin elgondolkodhatunk.
- Vizsgálj meg egy külső penészgombát a fosszíliagyűjteményedben. Ezek általában olyan részleteket őriznek meg, mint a levelek erezete vagy a halak pikkelyei.
- Milyen szemcseméretű a környező kőzet? ____________________
- Gondolod, hogy ezek a lenyomatok megmaradhattak a durva szemcséjű üledékben?
- Nézz meg néhány példát a karbonizációra. Ezekben a sötét anyag a soha nem oxidálódott (bomlott) szerves szén maradványa. Milyen körülmények között fordulhat elő ez a fajta konzerválódás?
- A fosszíliagyűjteményedben lehetnek graptolitok; egy kihalt planktonikus, koloniális szervezet, amely a te cellulózodhoz hasonló, kitinből álló szerves burkot választott ki. Ezek a kolóniák általában kétdimenziós lenyomat formájában maradnak fenn, szinte mindig feketék (ami a kitin elszenesedésére utal).
- Milyen típusú kőzetek a legalkalmasabbak graptolitok megtalálására?
- Milyenek voltak az eltemetési körülmények?
- Milyen típusú kőzetek a legalkalmasabbak graptolitok megtalálására?
- Egyes csontok és fogak megmaradhatnak, mint például a változatlan csontok vagy a cápafogak.
- Hogyan különböztetné meg ezeket a permineralizált fosszilis csontoktól?
- A permineralizált fa megkarcolhatja az üveget?
- Hogyan különböztetné meg ezeket a permineralizált fosszilis csontoktól?
- Most tekintsük át az üledékes környezetek széles skáláját.
- Mely üledékes környezetek nem alkalmasak a fosszíliák megőrzésére?
- Mely üledékes környezetek alkalmasak a fosszíliák megőrzésére?
- A kontinentális és tengeri környezeteken belül mely lerakódási környezetek a legalkalmasabbak a fosszíliák megőrzésére? Magyarázza meg.
- A vulkánkitörések megőrizhetik a fosszíliákat? Magyarázza meg.
- Hogyan befolyásolhatja az üledékes környezet energiája a fosszíliák megőrzését?
- Megtalálhatók-e fosszíliák a metamorf kőzetekben? Ha igen, milyen tényezők segítik a megőrződésüket?
- Mely üledékes környezetek nem alkalmasak a fosszíliák megőrzésére?
- Kritikai gondolkodás: Ebben a laborgyakorlatban több gerinctelen, mint gerinces fosszília található. Magyarázza meg, hogy ez miért van így.
A permi időszakban, 299-252 millió évvel ezelőtt, Nyugat-Texasban egy kiterjedt zátonyrendszer alakult ki egy kis szárazföldi tengeri medence szélén, amely 26 000 km²-en (10 000 négyzetmérföldön) terült el. Ma ezt Delaware-medencének nevezik, amely egy jelentős olajmezőnek ad otthont (6.11. ábra). Ez a zátony ma három hegyvonulatban van feltárva; az Apache-, a Guadalupe- és a Glass-hegységben. Máshol a zátony most a medence teljes peremén körbe van temetve.
A modern korallzátonyokkal, például az ausztráliai Nagy Korallzátonnyal vagy a Florida és Belize partjainál található zátonyokkal ellentétben ez a zátony szivacsokból, algákból és a bryozoa nevű csipkés állatokból épült fel. Ennek a zátonynak az egyik lenyűgöző példája az El Capitan a Guadalupe-hegység Nemzeti Parkban. A zátony három részre oszlik: hátsó zátony, zátony és előzátony. Mindegyiknek megvan a maga egyedi ökoszisztémája, valamint litológiája és konzerváltsága. Ennek a medencének a mély része csaknem 800 méteres mélységet ért el, és itt rakódott le a sok szerves anyag, amelyből fekete palakőzet – a kőolaj forrása – keletkezett.
A delaware-i beltenger a mai Fekete-tengerhez hasonlóan keskeny kivezetéssel rendelkezett a Panthalassziai-óceánba. ~30 millió év után a bejárat beszűkült, és a medence elkezdett kiszáradni, kiterjedt evaporitlelőhelyeket (Castille és Salado Formációk) képezve. Ez túltelített, savas sóoldatokat hozott létre, amelyek elkezdték feloldani az alatta lévő karbonátos zátonyokat, és kiterjedt barlangokat és karsztokat hoztak létre, amelyeket ma a Carlsbad Caverns Nemzeti Parkban és a Lechuguilla-barlangban – a világ 8. leghosszabb feltárt barlangja ~220 km vagy 138 mérföld hosszúsággal – látogathatunk meg. Ezek a sóoldatok feloldották a szilícium-dioxidban gazdag szivacsokat is, amelyek a zátonyokat alkották, és hatással voltak a perm kori zátonyrendszer egyes részeinek fosszilis megőrzésére.
A medence rétegtani felépítése bonyolult, mivel nem csak az idővel, hanem a zátonyon belüli elhelyezkedéssel is változik. A közelmúltban végzett szekvencia-stratigráfiai elemzés szerint ebben a medencében akár hat transzgresszív és regresszív szekvencia is lehetett (Kerans és Kempter, 2002). A 6.13. ábra a medence egyszerűsített rétegrajzát mutatja be a perm idején.
Az Üveghegység Capitan Formációjának fosszíliái egyedülálló módon maradtak fenn (lásd a 6.4. ábrát). A paleontológusok rájöttek, hogy gyenge savval könnyen el lehet oldani a befogadó karbonátot, és látványos példányokat hagynak maguk után.
- Az ásvány ezekben a fosszíliákban keményebb, mint az üveg, és nem pezseg, mivel már nem karbonát. Néha ez az ásvány csak egy bevonat, máskor pedig az egész fosszília ez az új ásvány.
- Mi az ásvány? ____________________
- Mi a megőrzési módja ezeknek a kövületeknek? ____________________
- Folyadékok vettek részt a megőrzésükben? Ha igen, milyen volt az összetételük?
- Miért gondolja, hogy ez a fajta megőrződés ebben az egy rétegtani egységben található meg.
- A zátony melyik részén találták ezeket a kövületeket? Hátsó zátony, zátony, előzátony vagy medence? ____________________
- Az Üveghegység Skinner Ranch Formációjában található fosszíliák közé tartozik ez a lenyűgöző fűrészfogas fogsor, amely egy Helicoprion nevű kihalt cápaszerű lénytől származik.
- Milyen típusú üledékben található ez a fosszília? ____________________
- Milyen megőrzési móddal rendelkezik ez a kövület? ____________________
- Hol élt a Helicoprion a zátonyon belül? Hátsó zátony, zátony, előzátony vagy medencében? ____________________
- A Guadalupe-hegységben vastag karbonátos rétegeket találunk, amelyekben sok ilyen fosszíliát találunk:
- Milyen ásványról van szó? ____________________
- Milyen módon maradtak fenn ezek a kövületek? ____________________
- Folyadékok játszottak szerepet a megőrzésükben? Ha igen, milyen volt az összetételük?
- Miért gondolja, hogy ez a fajta megőrződés ebben az egy rétegtani egységben található meg?
- A zátony melyik részén találták ezeket a kövületeket? Hátsó zátony, zátony, előzátony vagy medence? ____________________
- Kritikai gondolkodás: Foglalja össze a perm kori zátonyrendszer különböző részeinek megőrzési módjaira vonatkozó megfigyeléseit. Tudja megmagyarázni, hogy miért azonos vagy eltérő a megőrződés az ősi zátony körül?
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-14-14-1461-2017.
Kerans, C., and Kempter, K., 2002, Hierarchical stratigraphic analysis of a carbonate platform, Permian of the Guadalupe Mountains: 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, Online közzététel 2020. június 17. 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 pp.
gerinccel nem rendelkező állat, például kagyló vagy féreg
gerinccel rendelkező állat, például kutya vagy macska
egy geológiai időszak, amely a paleozoikum végén, a karbon időszak végétől (298.9 Ma) a mezozoikum kezdetétől a triász időszakkal (251,902 Ma)
többsejtű szervezetek, amelyek teste tele van pórusokkal, amelyek lehetővé teszik a víz keringését. Kollagénből állnak, és némelyiküknek szilícium-dioxidban gazdag tüskéi vannak.
a vízi gerinctelen állatok egy fajtája. Szűrő táplálkozók, amelyek csápjaikkal táplálékrészecskéket vonnak ki a vízből.
a Pangea szuperkontinens egészét körülvevő szuperóceán
olyan üledéktípus, amely vízben oldódó ásványokból áll, amelyek a vizes oldatból való párolgással történő koncentráció és kristályosodás után rakódtak le
.