De doelen van dit hoofdstuk zijn:
- De verschillende wijzen van conservering van fossielen verklaren
- De wijze van conservering van monsters vaststellen
Iedereen weet wat een fossiel is! Maar hoe definieer je deze term? In dit lab zullen we het definiëren als elk bewijs voor het bestaan van prehistorisch leven. Wat moeilijk te definiëren is in deze definitie, is wat bedoeld wordt met prehistorisch. Zou je lijken uit Pompeii als fossielen beschouwen of de resten van een ingevroren mastodont uit het Pleistoceen die goed genoeg bewaard zijn gebleven om opgegeten te kunnen worden? Sommigen zeggen dat alles ouder dan 11.000 jaar een fossiel is, maar dit deel van onze definitie is een kwestie van semantiek. Een goede plaats om meer te leren over fossielen en fossilisatie is de Digital Atlas of Ancient Life.
We beginnen dit hoofdstuk over hoe organismen gefossiliseerd raken met een snelle oefening. Figuur 6.1 bevat drie verschillende organismen.
- Welk organisme in figuur 6.1 heeft volgens jou de grootste kans om een fossiel te worden en waarom?
- Welk organisme heeft volgens jou de grootste kans om een sporenfossiel achter te laten? ____________________
6.2 Soorten conservering
Fossielen worden op drie manieren bewaard: onveranderde zachte of harde delen, veranderde harde delen, en sporenfossielen. Over sporenfossielen heb je al in hoofdstuk 4 geleerd. Taphonomie is de wetenschap van hoe organismen vergaan en fossiliseren, oftewel de overgang van de biosfeer naar de lithosfeer.
Onveranderde fossielen zijn ongelooflijk zeldzaam, behalve als ze zijn gevangen in barnsteen, gevangen in teer, uitgedroogd of ingevroren als een geconserveerde wollige mammoet. Barnsteen is de gefossiliseerde boomhars die bloemen, wormen, insecten en ook kleine amfibieën en zoogdieren kan vangen. De vader van een van de auteurs maakte deel uit van een baggeroperatie van een goudmijn die een kalf van een wolharige mammoet (bijgenaamd Effie) in Alaska aan het licht bracht; dit was het eerste gemummificeerde mammoetresidu dat in Noord-Amerika werd ontdekt. Hoewel het kalf ongeveer 21.300 jaar geleden werd begraven, bestaat het nog steeds uit weefsel en haar. Soms blijven er alleen organische resten achter, die met moleculair-biochemische technieken worden opgespoord. De oudste fossielen op aarde zijn alleen bewaard gebleven als complexe organische moleculen.
Zacht weefsel is moeilijk te bewaren omdat het begraven moet zijn in een zuurstofvrije, laag energetische sedimentaire omgeving waar bacterieel verval niet kan optreden. Aangezien deze omstandigheden ongewoon zijn, gebeurt de bewaring van zacht weefsel zelden. Veel voorkomende voorbeelden van onveranderde fossielen zijn skeletmateriaal dat met weinig of geen verandering bewaard is gebleven. Veel fossielen van ongewervelde zeedieren en microfossielen zijn op deze manier bewaard gebleven. Paleontologen kijken nu nauwkeuriger naar fossielen en beginnen dunne koolstoflagen in het gesteente rond fossielen te herkennen als zacht weefsel. Onlangs heeft een team onder leiding van Mark Norell, een paleontoloog van het American Museum of Natural History in New York City, rond dinosaurusembryo’s van meer dan 200 miljoen jaar geleden een laagje koolstof gevonden dat volgens hen een zachte eierschaal was!
Onveranderde fossielen bevatten mineralen die biologisch werden geproduceerd; deze omvatten apatiet (in beenderen en tanden en zelden in exoskeletten, hardheid = 5), calciet (calciumcarbonaat dat in veel organismen zoals schelpen wordt aangetroffen, hardheid = 3, bruist in zuur), aragoniet (vergelijkbaar met calciet, maar een onstabiele polymorf) en opaal (een soort silica dat in zeedieren en planten wordt aangetroffen, hardheid = 7). De harde delen (exoskelet) van sommige insecten en geleedpotigen zijn gemaakt van chitine, een polysaccharide dat verwant is aan cellulose. Als men dus de in een fossiel aanwezige mineralen kan identificeren, kan men onderscheiden of het oorspronkelijk materiaal is of veranderd.
Verandering van harde delen komt veel vaker voor bij fossielen en gebeurt wanneer oorspronkelijk skeletmateriaal ofwel gepermineraliseerd, geherkristalliseerd, vervangen, verkoold, of opgelost wordt (Tabel 6.1).
| Type conservering | Voorbeeld |
|---|---|
| Permineralisatie treedt op in poreus weefsel zoals bot en hout. Bij dit type conservering dringen in water opgeloste mineralen zoals kwarts, calciet of pyriet door in de poriënruimte en kristalliseren. De toevoeging van deze mineralen resulteert in dichtere en duurzamere fossielen. Het oorspronkelijke bot- of houtmateriaal kan bewaard zijn gebleven, maar het kan ook zijn vervangen of opnieuw gekristalliseerd |
 |
| Bij rekristallisatie treedt een verandering op in de kristalstructuur, maar niet in de minerale chemie, vergelijkbaar met rekristallisatie in metamorfe gesteenten. Bijvoorbeeld, het mineraal aragoniet, een veel voorkomend mineraal van vele schelpen, verandert soms in calciet, een meer geologisch stabiele vorm van dezelfde chemische samenstelling, CaCO3 (ook wel een polymorf genoemd). De algemene grootte en vorm van een geherkristalliseerd fossiel verschillen meestal niet veel van het oorspronkelijke ongewijzigde exemplaar, maar fijne details kunnen verloren gaan. |
 |
| Vervanging is de vervanging van het oorspronkelijke skeletmateriaal door een secundair mineraal. Zo kan bijvoorbeeld het calciet van een oesterschelp molecuul voor molecuul worden vervangen door silica. Opmerkelijk is dat het vervangen fossiel een deel van de fijne cellulaire details van het origineel kan behouden, ook al is de samenstelling veranderd. Bij dit type fossilisatie is de poriënruimte niet gevuld en zijn de fossielen niet zo dicht. De meest voorkomende vervangingsmineralen zijn silica (kwarts), pyriet, dolomiet, en hematiet. Vervanging door pyriet levert spectaculaire fossielen op, vooral die in zwarte leisteen. |
 |
| Carbonisatie is een vorm van fossiele bewaring waarbij het organisme bewaard blijft als een achtergebleven, dun laagje koolstof in plaats van het oorspronkelijke organische materiaal. Bladeren, vissen en graptolieten worden vaak op deze manier bewaard. Samenpersing van het oorspronkelijke organisme resulteert in dunne laagjes koolstof. Carbonisatie kan ook leiden tot de vorming van steenkool. |
 |
| Vormen en afgietsels vormen zich wanneer het oorspronkelijke skeletmateriaal oplost. Het organisme laat in het sediment een afdruk achter, die een mal wordt genoemd, en als die afdruk zich vult met nieuw sediment, ontstaat een afgietsel. Uit mallen worden afgietsels gemaakt. |
 |
| Inwendige mallen worden gevormd wanneer sediment de binnenkant van een schelp vult voordat het oplost; dit komt voor in tweekleppigen, slakken of schedels. Vaak verwarren mensen afgietsels met inwendige mallen omdat beide een positief reliëf hebben. Interne mallen bewaren een 3-dimensionale mal van de binnenkant van het organisme, terwijl een afgietsel de structuur van het buitenste deel van het organisme bewaart. |
 |
Trace fossils, die we in hoofdstuk 4 hebben besproken, zijn eigenlijk geen fossielen maar het bewijs dat organismen het sediment hebben aangetast door zich in te graven, te lopen, of zelfs uitwerpselen of braaksel achter te laten. Zonder gekheid, er bestaat fossiele poep; dit soort sporenfossielen wordt een “coproliet” genoemd, van het Griekse woord kopros, dat mest betekent. Een laatste zeldzaam type spoorfossiel zijn gastrolieten, extreem glad gepolijste stenen die de spijsvertering bevorderden van dieren en fossielen zoals dinosauriërs en krokodillen. Deze zijn meer gepolijst dan uitgesleten grind.
Dit model toont een bewaard gebleven fossiele schelp rechts (geen afgietsel, origineel) en een uitwendige mal links van de ammonoïde koppotige Gunnarites sp. uit de Krijt Lopez de Bertodano Formatie van Snow Hill Island, Antarctica. Het fossiele exemplaar is afkomstig uit de collecties van het Paleontological Research Institution, Ithaca, New York. De diameter van het specimen (het omringende gesteente niet meegerekend) is ongeveer 9 cm.
Cephalopode: Gunnarites sp. (PRI 61543)
door Digital Atlas of Ancient Life
op Sketchfab
Dit is een voorbeeld van een inwendige (1) en uitwendige (2) afdruk van de gastropode Cassidaria mirabilis uit het Krijt van Snow Hill Island, Antarctica. Het specimen is afkomstig uit de collecties van het Paleontological Research Institution, Ithaca, New York, en is ongeveer 6 cm lang (het omringende gesteente niet meegerekend).
Gastropode: Cassidaria mirabilis (PRI 58468)
door Digital Atlas of Ancient Life
op Sketchfab
Meer 3-D modellen over het behoud van fossielen zijn te vinden op de Digital Atlas of Ancient Life.
Als je ooit door een vriend wordt gevraagd om een fossiel te helpen determineren, kijk dan uit voor pseudofossielen, ongelukjes van diagenese die op een fossiel lijken maar gewoon rare sedimentaire formaties zijn, zoals septaria-knobbeltjes die worden aangezien voor reptielenhuid of schildpaddenschilden, concreties die worden aangezien voor eieren, en mangaanoxidedendrieten die worden aangezien voor varens of mos.
6.3 Hanteren van fossielen
Als je dit practicum volgt in een omgeving waar je les krijgt, zul je zowel echte als replica-exemplaren van fossielen kunnen hanteren. Hoewel deze er al miljoenen of miljarden jaren zijn en het lijken alsof ze nu rotsen zijn, moeten ze met respect worden behandeld. Sommige van de fossielen die je mag hanteren, kunnen het enige exemplaar in zijn soort zijn in de collectie.
Als je je hebt afgevraagd hoe je je eigen fossielenverzameling kunt beginnen, kun je ofwel zelf op zoek gaan naar fossielen of ze kopen. De prijs van fossielen die te koop zijn, varieert van goedkoop tot schandalig duur. In 2020 kocht een anonieme verzamelaar een fossiele Tyrannosaurus rex, bijgenaamd Stan, voor 31,85 miljoen dollar. Dit exemplaar had slechts 188 botten en was een van de meest complete van zijn soort. Je kunt ook goedkope fossielen vinden, zoals versteende slakken uit Marokko voor slechts $0,30 per stuk.
Sommige fossielen zijn uiterst kwetsbaar. Sommige tere monsters worden geprepareerd door ze aan de lucht af te schuren met talkpoeder om de matrix te verwijderen. Voor sommige trilobietenspecimens duurt dit duizenden uren om hun delicate kenmerken bloot te leggen.
Sommige fossielen die u zult gebruiken, zijn misschien gemakkelijk te vervangen en andere onmogelijk. Andere kunnen deel uitmaken van de persoonlijke collectie van een lid van de faculteit. Hanteer enkel de specimens waarvan je TA zegt dat je ze mag gebruiken.
De fossielen zullen enkel tijdens het labo ter beschikking zijn om te onderzoeken.
Je bent vrij om schetsen te maken of de specimens te fotograferen. Als je dit doet, wil je misschien een schaal in de afbeelding zetten, zoals een munt of een liniaal. Dit zal u helpen de grootte van het voorwerp te onthouden.
Op sommige van de specimens zullen etiketten of nummers geschreven zijn en op andere niet, omdat ze misschien te fragiel zijn om zelfs maar beschreven te worden. Het is van cruciaal belang dat u elk specimen in de juiste doos of op de juiste plaats in een laboratoriumbak terugzet. Verplaats ook geen van de papieren etiketten uit de dozen. Dit voorkomt verwarring bij andere practicumstudenten.
Sommige van de grotere specimens kunnen zwaar zijn, vooral die welke met sediment gevuld zijn. Probeer de preparaten nooit te bekrassen op hardheid. Gebruik ook nooit zuur als mineraaltest.
Ten slotte, als u een specimen breekt of steelt, zal u de vervanging ervan in rekening worden gebracht.
Inspecteer de eerste set monsters en vul de tabel in met informatie over de aanwezigheid van origineel biologisch materiaal, positief en negatief reliëf, en minerale samenstelling van de monsters. Identificeer de wijze van conservering van de fossielen. Gebruik het stroomdiagram in figuur 6.10 als hulpmiddel.
| Monster | Orspronkelijk materiaal aanwezig? | Reliëf* | Minerale samenstelling* | Soort conservering |
|---|---|---|---|---|
*Merk op dat u misschien geen reliëf ziet of het mineraal niet kunt identificeren. Laat deze leeg indien nodig.
Kritisch Denken: Waarom is vervanging de meest voorkomende wijze van conservering?
De manier waarop een organisme gefossiliseerd kan raken, hangt van veel dingen af. Hieronder staan enkele voorbeelden om over na te denken.
- Bekijk een uitwendige schimmel in uw fossielenverzameling. Deze bewaren vaak details zoals de nerven in bladeren of schubben van vissen.
- Wat is de korrelgrootte van het omringende gesteente? ____________________
- Denk je dat deze indrukken bewaard kunnen zijn gebleven in grofkorrelige sedimenten?
- Kijk eens naar enkele voorbeelden van carbonisatie. In deze voorbeelden is de donkere materie het overblijfsel van organische koolstof die nooit werd geoxideerd (vergaan). Onder welke omstandigheden zou dit soort conservering kunnen plaatsvinden?
- In uw fossielencollectie kunnen zich graptolieten bevinden; een uitgestorven planktonisch, koloniaal organisme dat een organisch omhulsel van chitine afscheidde, vergelijkbaar met uw cellulose. Deze kolonies zijn meestal bewaard gebleven als tweedimensionale indrukken, bijna altijd zwart (wat duidt op carbonisatie van de chitine).
- Welk soort gesteente is het meest geschikt om graptolieten te vinden?
- Wat waren de begravingsomstandigheden?
- Welk soort gesteente is het meest geschikt om graptolieten te vinden?
- Sommige botten en tanden kunnen bewaard zijn gebleven, zoals ongewijzigde botten of haaientanden.
- Hoe zou je deze kunnen onderscheiden van gepermineraliseerde fossiele botten?
- Kan gepermineraliseerd hout krassen op glas?
- Hoe zou je deze kunnen onderscheiden van gepermineraliseerde fossiele botten?
- Bedenk nu het brede scala aan sedimentaire milieus.
- Welke sedimentaire milieus zijn niet geschikt om fossielen in te bewaren?
- Welke sedimentaire milieus zijn goed voor het bewaren van fossielen?
- Welke afzettingsmilieus binnen continentale en mariene milieus zijn het best voor het bewaren van fossielen? Leg uit.
- Kunnen fossielen bewaard blijven bij vulkaanuitbarstingen? Leg uit.
- Hoe kan de energie van de sedimentaire omgeving het behoud van fossielen beïnvloeden?
- Kun je fossielen vinden in metamorfe gesteenten? Zo ja, welke factoren dragen bij aan hun behoud?
- Welke sedimentaire milieus zijn niet geschikt om fossielen in te bewaren?
- Kritisch denken: Er zijn meer ongewervelde dan gewervelde fossielen in dit practicum. Leg uit waarom dit zo is.
Tijdens het Perm, 299 tot 252 miljoen jaar geleden, groeide in het westen van Texas een uitgebreid rifsysteem aan de rand van een klein inlands zeebekken dat zich uitstrekte over 26.000 km² (10.000 vierkante mijl). Nu wordt dit het Delaware bekken genoemd, waar een belangrijk olieveld ligt (Figuur 6.11). Dit rif is nu blootgelegd in drie bergketens; Apache, Guadalupe, en Glass Mountains. Elders is het rif nu begraven rond de hele rand van het bekken.
In tegenstelling tot moderne koraalriffen zoals het Great Barrier rif in Australië of de riffen voor de kust van Florida en Belize, was het rif opgebouwd uit sponzen, algen en kantachtige dieren, bryozoa genaamd. Een prachtig voorbeeld van dit rif is El Capitan in het Guadalupe Mountains National Park. Het rif is onderverdeeld in drie delen: achterrif, rif, en voorrif. Elk had zijn eigen unieke ecosysteem evenals lithologie en conservering. Het diepe gedeelte van dit bekken reikte tot een diepte van bijna 800 meter (½ mijl) en is de plaats waar veel organisch materiaal werd afgezet waardoor zwarte leisteen ontstond – de bron van aardolie.
De binnenzee van Delaware had een smalle uitgang naar de Panthalassan-oceaan, ongeveer zoals de Zwarte Zee vandaag. Na ~30 miljoen jaar werd de ingang beperkt en begon het bekken op te drogen, waarbij uitgebreide evaporietafzettingen werden gevormd (Castille- en Salado-formaties). Hierdoor ontstond oververzadigde, zure pekel die het onderliggende carbonaatrif begon op te lossen en uitgebreide grotten en karst vormde die je nu kunt bezoeken in Carlsbad Caverns National Park en Lechuguilla Cave – de op zeven na langste onderzochte grot ter wereld met een lengte van ~220 km of 138 mijl. Deze pekel loste ook de silicarijke sponzen op die het rif vormden en beïnvloedden de fossiele bewaring in delen van dit Perm rifsysteem.
De stratigrafie van dit bekken is gecompliceerd, omdat deze niet alleen varieert met de tijd, maar ook met de positie in het rif. Volgens recente sequentie-stratigrafische analyse waren er tot zes transgressieve tot regressieve sequenties in dit bekken (Kerans en Kempter, 2002). Figuur 6.13 geeft een vereenvoudigde stratigrafie voor het bekken tijdens het Perm.
Fossielen in de Capitan Formatie van het Glasgebergte zijn op unieke wijze bewaard gebleven (zie figuur 6.4). Paleontologen ontdekten dat het gemakkelijk is om het gastheercarbonaat in zwak zuur op te lossen en spectaculaire exemplaren achter te laten.
- Het mineraal in deze fossielen is harder dan glas en bruist niet omdat het geen carbonaat meer is. Soms is dit mineraal slechts een deklaag en andere keren bestaat het hele fossiel uit dit nieuwe mineraal.
- Wat is het mineraal? ____________________
- Wat is de wijze van conservering van deze fossielen? ____________________
- Waren er vloeistoffen betrokken bij hun preservatie? Zo ja, wat was hun samenstelling?
- Waarom denkt u dat dit type conservering in deze ene stratigrafische eenheid is aangetroffen? Achterste rif, rif, voorste rif of bassin? ____________________
- Elders in de Skinner Ranch Formatie van het Glasgebergte vindt men onder andere deze verbazingwekkende zaagtandkrans van tanden van een uitgestorven haaiachtig wezen dat bekend staat als Helicoprion.
- In welk type sediment is dit fossiel gevonden? ____________________
- Wat is de conserveringswijze van dit fossiel? ____________________
- Waar in het rif leefde Helicoprion? Achterste rif, rif, voorste rif, of bassin? ____________________
- In het Guadalupegebergte vind je dikke carbonaatlagen met veel fossielen, zoals deze:
- Wat is het mineraal? ____________________
- Wat is de conserveringswijze van deze fossielen? ____________________
- Waren er vloeistoffen betrokken bij hun preservatie? Zo ja, wat was hun samenstelling?
- Waarom denkt u dat dit type conservering in deze ene stratigrafische eenheid is aangetroffen? Achterste rif, rif, voorste rif of bassin? ____________________
- Kritisch denken: Vat je waarnemingen samen over de conserveringswijzen in verschillende delen van het Perm rifsysteem. Kun je verklaren waarom de conservering hetzelfde of verschillend is rond het oude rif?
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, Het eerste dinosaurusei was zacht. Nature, 583, 406-410, Published online June 17, 2020. doi: 10.1038/s41586-020-2412-8
Ritter, S., and Peterson, M., 2015, Interpreting Earth History: A Manual in Historical Geology, Achtste Editie, Waveland Press Inc, 291 pp.
een dier zonder ruggengraat zoals een mossel of worm
een dier met een ruggengraat zoals een hond of kat
een geologische periode die zich uitstrekt over 47 miljoen jaar aan het einde van het Paleozoïcum, van het einde van het Carboon (298.9 Ma) tot het begin van het Mesozoïcum met de Triasperiode (251,902 Ma)
multicellulaire organismen met lichamen vol poriën waardoor water kan circuleren. Ze zijn gemaakt van collageen en sommige hebben kiezelzuurrijke stekels.
een soort ongewervelde waterdieren. Het zijn filtervoeders die met behulp van tentakels voedseldeeltjes uit het water halen.
een superoceaan die het hele supercontinent Pangea omringde
een soort sediment dat bestaat uit in water oplosbare mineralen die zijn afgezet na concentratie en kristallisatie door verdamping uit een waterige oplossing