The goal of this chapter is to:
- Explain different modes of fossil preservation
- identify the mode for samples
Iveryone knows what fossil is ! では、この言葉をどのように定義するのでしょうか。 このラボでは、先史時代の生物の存在を証明するあらゆる証拠を意味すると定義します。 この定義で難しいのは、先史時代とは何を指すのか、ということです。 ポンペイに保存されている遺体を化石と見なすか、更新世の冷凍マストドンの遺体を食べられるほど保存状態の良いものと見なすかはどうだろうか。 1万1千年以上前のものを化石と言う人もいますが、この部分は意味のある問題です。 化石と化石化について詳しく知るには、Digital Atlas of Ancient Lifeがよいでしょう。
生物が化石になる方法についてのこの章では、まず簡単な練習をします。 図6.1には3種類の生物が含まれています。
- あなたは、図 6.1 のどの生物が最も化石になる確率が高いと思いますか、そしてその理由は？
- どの生物が最も痕跡化石になる確率が高いと思っていますか？ ____________________
6.2 保存の種類
化石は主に、変化していない軟部や硬部、変化した硬部、そして痕跡化石の3つの方法で保存されています。 痕跡化石については、すでに4章で学習しました。 タフォノミーとは、生物がどのように朽ちて化石になるか、あるいは生物圏から岩石圏に移行するかについての科学です。
変化していない化石は、琥珀に閉じ込められたり、タールに閉じ込められたり、乾燥されたり、保存されたマンモスとして冷凍されたりする以外は、非常に珍しいものです。 琥珀は、花、ミミズ、昆虫だけでなく、小さな両生類や哺乳類を閉じ込めることができる化石化した木の樹脂です。 著者の一人の父親は、アラスカで金鉱の浚渫作業をしていて、毛長マンモスの子牛（エフィーという愛称）を発掘した。これは、北米で発見された最初のマンモスのミイラ化した遺体だった。 約2万1300年前に埋葬されたにもかかわらず、組織と毛で構成されているのです。 有機物の残留物だけが残っていることもあり、分子生化学的な手法で検出される。 地球最古の化石は複雑な有機分子としてしか保存されていない。
軟組織は、バクテリアによる腐敗が起こらない、酸素のない低エネルギーの堆積環境に埋められた必要があり、保存が困難であった。 このような条件はまれであるため、軟部組織の保存はほとんど行われない。 その代わりに、ほとんど変化せずに保存された骨格が未変化体化石の一般的な例である。 多くの海洋無脊椎動物の化石や微化石は、このような方法で保存されていたのである。 古生物学者は現在、化石をより詳しく観察し、化石の周囲の岩石中の薄い炭素層を軟組織と認識し始めている。 最近、ニューヨークのアメリカ自然史博物館の古生物学者マーク・ノレルが率いるチームは、2億年以上前に形成された恐竜の胚の周りに、軟卵の殻と思われる炭素の層を確認したのです!
未変化の化石には、生物学的に生成された鉱物が含まれています。アパタイト（骨や歯、まれに外骨格に含まれる、硬度=5）、カルサイト（貝など多くの生物に含まれる炭酸カルシウム、硬度=3、酸で発泡）、アラゴナイト（カルサイトと似ているが不安定な多形）、オパール（海洋動物や植物に見られるシリカの1種、硬度=7）などがその例です。 昆虫や節足動物の硬い部分（外骨格）は、セルロースに関連する多糖類であるキチンからできているものもあります。
硬質部分の変質は、化石ではより一般的で、元の骨格材料がパーマネライゼーション、再結晶、置換、炭化、または溶解した場合に起こる（表6.参照）。1）。
| Type of Preservation | 例 |
|---|---|
| Permineralization is occur in porous tissue such as bone and wood. この種の保存では、石英、方解石、黄鉄鉱などの水に溶けた鉱物が孔隙に浸透して結晶化する。 このような鉱物の添加により、より緻密で耐久性のある化石が得られる。 元の骨や木の材質が保存されることもあれば、置き換わったり再結晶化することもある |
 |
| 再結晶は変成岩の再結晶と同様に結晶構造の変化を伴うが鉱物化学の変化はない。 たとえば、多くの貝殻に含まれるアラゴナイトという鉱物は、同じ化学組成のCaCO3（別名多形体）でより地質学的に安定したカルサイトに変化することがあります。 通常、再結晶化した化石の全体的な大きさや形は、変化していない元の標本とあまり変わりませんが、細かい部分が失われることがあります。 |
 |
| 置換とは、元の骨格を二次鉱物で置き換えることである。 たとえば、カキ殻の方解石は、分子単位でシリカに置き換わることがあります。 この置換化石は、組成が変わっても、元の化石と同じように細胞の細部まで残っていることがある。 このような化石化では、間隙は埋められず、化石の密度はそれほど高くはない。 最も一般的な置換鉱物は、シリカ（石英）、パイライト、ドロマイト、ヘマタイトである。 黄鉄鉱による置換は、特に黒色頁岩にホスティングされた壮大な化石を作り出す！ |
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| 炭化とは、化石保存の一種で、生物が元の有機物の代わりに炭素の残留した薄いフィルムとして保存されることである。 葉、魚、礫岩などがよくこの方法で保存される。 元の有機物を圧縮すると、炭素の薄い層ができる。 |
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| 元の骨格が溶けてカビや鋳型ができる。 生物は堆積物の中に鋳型と呼ばれる印象を残し、その印象が新しい堆積物で満たされれば、鋳型ができる。 鋳型から鋳型が作られる。 |
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| 二枚貝やカタツムリ、頭蓋骨の内部で、堆積物が溶ける前に殻内に充満することで内型が形成されます。 鋳型と内型を混同されることが多いのですが、どちらもポジティブレリーフがあるためです。 |
 |
第4章で取り上げた「痕跡化石」は、本当の化石ではなく、生物が埋没したり歩いたり、あるいは排泄物や吐瀉物を残して堆積物に影響を与えた痕跡である。 この種の微量化石は、ギリシャ語で糞を意味するkoprosに由来する「コプロライト」と呼ばれています。 ガストロライトは、恐竜やワニなどの動物や化石が消化を助けるために磨いた、非常に滑らかな石です。
このモデルは、南極スノーヒル島の白亜紀ロペスデベルトダノ層産のアンモノイド頭足類のGunnarites sp. の右が保存化石殻（キャストではない、オリジナル）、左が外型である。 この化石標本はニューヨーク州イサカにある古生物学研究所の所蔵品である。 標本の直径（周囲の岩石を含まない）は約9cm。
頭足類。 Gunnarites sp. (PRI 61543)
by Digital Atlas of Ancient Life
on Sketchfab
南極のスノーヒル島白亜紀の腹足類Cassidaria mirabilisの内部（1）および外部（2）の型取り例である。 標本はニューヨーク州イサカの古生物学研究所のコレクションで、体長約6cm（周囲の岩石を含まない）
腹足類です。 Cassidaria mirabilis (PRI 58468)
by Digital Atlas of Ancient Life
on Sketchfab
化石保存に関する他の3DモデルもDigital Atlas of Ancient Lifeで見ることができます。
もしあなたが友人から化石の同定を頼まれたら、擬似化石に注意してください。擬似化石とは、爬虫類の皮膚や亀甲と間違われるセプタリアン結節、卵と間違われるコンクレット、シダや苔と間違われる酸化マンガンの樹状突起など、一見化石に似ているが単なる奇妙な堆積物の形成による事故です。
6.3 化石の取り扱い
実験室で対面して教える場合にこのラボを受講すると、化石の実物標本とレプリカの両方を取り扱うことになる。 これらは何百万年、何十億年も前から存在し、もはや岩石のように思えるかもしれませんが、敬意をもって扱う必要があります。 化石の販売価格は、安いものからとんでもなく高価なものまで様々です。 2020年、匿名のコレクターが、スタンと呼ばれるティラノサウルス・レックスの化石を3185万ドルで購入した。 この標本には188本の骨しかなく、種の中で最も完全なものの一つだった。 また、モロッコのカタツムリの化石など、安価な化石も1個0.30ドルで手に入ります。
化石には、非常に壊れやすいものもあります。 デリケートなサンプルには、タルカムパウダーで空気磨きをし、マトリックスを除去することで調製するものもあります。 いくつかの三葉虫の標本では、その繊細な特徴を露出させるために何千時間もかかります。
あなたが使用する化石には、簡単に交換できるものと不可能なものがあるかもしれません。 また、教員の個人的なコレクションの一部である場合もあります。
化石はラボセッションの間だけ見ることができます。 最近のパンデミックでは、多くの類似した例がウェブ画像として収集され、TAがあなたにリンクを与えます。
標本のスケッチや写真撮影は自由です。 その場合、コインや定規などのスケールを画像に入れるとよいでしょう。
標本の中には、ラベルや番号が書かれているものと、壊れやすくて書けないものがあります。 各標本は、適切な箱か実験用トレイに戻すことが重要です。 また、箱から紙ラベルを動かさないようにしてください。
大きな標本の中には、特に堆積物で満たされた鋳型のようなものは重いかもしれません。 決して傷をつけたりして硬さを測らないでください。
最後に、もし標本を壊したり盗んだりした場合は、その交換費用を請求します。
最初のサンプルセットを検査し、オリジナルの生物学的物質の存在、ポジティブおよびネガティブレリーフ、サンプルの鉱物組成に関する情報を表に記入してください。 化石の保存様式を特定する。 図6.10のフローチャートを参考にする。
| サンプル | 元の材料があるか？ | ミネラル成分* | 保存方法 | |
|---|---|---|---|---|
※レリーフが見えない、鉱物が特定できない場合がありますのでご注意ください。 必要に応じてこれらを空欄にしてください。
Critical Thinking。 なぜ置換が最も一般的な保存様式なのか
生物が化石になる方法は、多くの事柄に左右されます。 以下、いくつかの例を挙げて考えてみましょう。
- 化石コレクションの中の外型を見てみましょう。 これらは一般的に、葉脈や魚の鱗などの細部を保存しています。
- 周囲の岩石の粒径は？ ____________________
- これらの印象は、粗粒の堆積物に保存されていると思いますか？
- 炭化のいくつかの例を見てみましょう。 これらでは、暗黒物質は酸化（腐敗）されなかった有機炭素の残りです。
- あなたの化石コレクションには、セルロースに似たキチン質の有機殻を分泌した絶滅した浮遊性コロニー生物、グラプトライトがあるかもしれませんね。 これらのコロニーは通常、二次元の印象として保存され、ほとんどの場合、黒色（キチンの炭化を示す）です。
- どのような岩石が、礫岩の発見に最も適しているのでしょうか？
- 埋没条件はどうだったのでしょうか？
- どのような岩石が、礫岩の発見に最も適しているのでしょうか？
- 骨や歯の中には、そのままの骨やサメの歯のように保存できるものがあります。
- これらをパーマネント化石の骨とどう区別するのでしょうか。
- 過灰化した木はガラスに傷をつけることができますか。
- これらをパーマネント化石の骨とどう区別するのでしょうか。
- 次に、幅広い堆積環境について考えてください。
- 化石保存に適さない堆積環境とは何でしょうか。
- 化石の保存に適した堆積環境は？
- 大陸と海洋環境の中で化石の保存に適した堆積環境はどれか？ 説明せよ。
- 火山噴火は化石を保存できますか。 説明せよ。
- 堆積環境のエネルギーは、化石の保存にどのように影響するか。
- 変成岩で化石を見つけることができるか。 その場合、その保存を助ける要因は何ですか？
- 化石保存に適さない堆積環境とは何でしょうか。
- Critical Thinking: この実験実習では、脊椎動物の化石よりも無脊椎動物の化石の方が多くなっています。 9380>
2億9900万年前のペルム紀に、テキサス州西部で26000km2（1万平方マイル）に及ぶ小さな内陸海盆の端で、大規模な礁システムが成長しました。 現在、そこはデラウェア盆地と呼ばれ、主要な油田がある（図6.11）。 この岩礁は現在、アパッチ山、グアダルーペ山、グラス山の3つの山脈に露出している。
オーストラリアのグレートバリアリーフやフロリダやベリーズ沿岸のリーフなどの現代のサンゴ礁とは異なり、海綿や藻類、ブリオゾアというレースのような動物で構築されています。 グアダルーペ山脈国立公園のエル・キャピタンは、このサンゴ礁の雄大な姿を見ることができる。 この岩礁は、バックリーフ、リーフ、フォアリーフの3つの部分に分かれています。 それぞれ独自の生態系を持ち、また岩相や保存状態も異なる。
デラウェア内海には、今日の黒海のようにパンサラッサン海への狭い出口があった。 約3000万年後、入り口が制限され、盆地は乾燥し始め、広範囲な蒸発岩の堆積物（Castille層とSalado層）が形成されました。 その結果、過飽和で酸性の塩水が生まれ、その下にある炭酸塩礁を溶かし始め、現在ではカールスバッド洞窟国立公園やレチュギラ洞窟（全長約220km、138マイルで世界で8番目に長い洞窟探検）に見られるような大規模な洞窟やカルスト地形を形成しています。
この盆地の層序は、時間とともに変化するだけでなく、岩礁内の位置によっても変化するため、複雑である。 最近のシーケンス層序学的分析によると、この盆地には最大で6つの侵襲的シーケンスから侵襲的シーケンスが存在した（Kerans and Kempter, 2002）。 図6.13はペルム紀のこの盆地の簡略化された層序である
グラスマウンテンのキャピタン層の化石はユニークな保存状態である（図6.4参照）。 古生物学者は、弱酸で母体である炭酸塩を溶かし去り、見事な標本を残すことが容易であることを発見しました。
- これらの化石中の鉱物はガラスよりも硬く、もはや炭酸塩ではないので発泡はしない。 この鉱物は単なるコーティングであることもあれば、化石全体がこの新しい鉱物であることもあります。
- この鉱物は何でしょうか。 ____________________
- これらの化石の保存形態は何ですか。 ______________________
- 保存に流体は関与していましたか？
- なぜこのような保存状態がこの層序単位で見られるのでしょうか。 バックリーフ、リーフ、フォアリーフ、それとも盆地？ ______________
- グラス山脈のスキナーランチ層の他の場所には、ヘリコプリオンとして知られている絶滅したサメのような生き物のこの驚くべきのこぎり歯の渦巻きの化石が含まれています。 238>
- この化石の保存形態は？ ____________________
- ヘリコプリオンはサンゴ礁のどこに住んでいましたか？ バックリーフ、リーフ、フォアリーフ、それとも盆地？ ____________________
- この鉱物は何ですか？ ____________________
- これらの化石の保存方法は何でしょうか。 ____________________
- 保存に流体は関与していましたか？
- なぜこのような保存状態がこの層序単位で見られるのでしょうか。 バックリーフ、リーフ、フォアリーフ、それとも盆地？ ____________________
Casella, L.A., Griesshaber, E., Yin, X., Ziegler, A., Mavromatis, V., Müller, D., Ritter, A.-C., Hippler, D., HarperE.M/,Dietzel, M…, 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.
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貝や虫などの背骨を持たない動物
犬や猫などの背骨を持つ動物
古生代末期、炭素紀末期（298年）から4700万年間にわたる地質時代。9Ma）から中生代の始まりである三畳紀（251.902Ma）
多細胞生物で、体全体に孔があり、水が循環しているのが特徴です。 コラーゲンでできており、シリカを多く含む小柱を持つものもある。
水生無脊椎動物の一種です。
超大陸パンゲアを取り囲んでいた海
水溶性鉱物が水溶液から蒸発して濃縮、結晶化して堆積したもの
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