Celem tego rozdziału jest:
- Wyjaśnienie różnych sposobów konserwacji skamielin
- Identyfikacja sposobu konserwacji próbek
Każdy wie, co to jest skamielina! Jak więc zdefiniować ten termin? W tym laboratorium zdefiniujemy go jako każdy dowód na istnienie życia prehistorycznego. Trudne do zdefiniowania w tej definicji jest to, co rozumiemy przez prehistoryczne. Czy za skamieniałości uznalibyście ciała zachowane w Pompejach, czy może szczątki zamrożonego mastodonta z plejstocenu, które zachowały się na tyle dobrze, że można je zjeść? Niektórzy twierdzą, że wszystko, co jest starsze niż 11 000 lat jest skamieliną, ale ta część naszej definicji jest kwestią semantyki. Dobrym miejscem, by dowiedzieć się więcej o skamieniałościach i skamieniałościach, jest Digital Atlas of Ancient Life.
Zaczynamy ten rozdział o tym, jak organizmy stają się skamieniałe, od szybkiego ćwiczenia. Rysunek 6.1 zawiera trzy różne organizmy.
- Który organizm z rysunku 6.1 ma według Ciebie największą szansę stać się skamieniałością i dlaczego?
- Który organizm ma według Ciebie największą szansę pozostawić po sobie skamieniałość śladową? ____________________
6.2 Rodzaje zachowania
Skamieniałości są zachowane trzema głównymi metodami: niezmienione części miękkie lub twarde, zmienione części twarde i skamieniałości śladowe. O skamieniałościach śladowych dowiedziałeś się już w Rozdziale 4. Taponomia to nauka o tym, w jaki sposób organizmy ulegają rozkładowi i stają się skamieniałościami lub przechodzą z biosfery do litosfery.
Niezmienione skamieniałości są niewiarygodnie rzadkie, z wyjątkiem takich, które zostały uchwycone w bursztynie, uwięzione w smole, wysuszone lub zamrożone jako zachowany wełnisty mamut. Bursztyn jest skamieniałe drzewo żywica, która może uwięzić kwiaty, robaki, owady, jak również małych płazów i ssaków. Ojciec jednego z autorów był częścią operacji pogłębiania kopalni złota, która odkopała cielę mamuta wełnistego (pseudonim Effie) na Alasce; były to pierwsze zmumifikowane szczątki mamuta odkryte w Ameryce Północnej. Mimo że zostały one zakopane około 21 300 lat temu, nadal składają się z tkanki i włosów. Czasami pozostają tylko resztki organiczne, które są wykrywane za pomocą molekularnych technik biochemicznych. Najstarsze skamieniałości Ziemi są zachowane tylko jako złożone cząsteczki organiczne.
Tkanka miękka jest trudna do zachowania, ponieważ musi być pochowana w beztlenowym, niskoenergetycznym środowisku osadowym, w którym nie może dojść do rozkładu bakteryjnego. Ponieważ warunki te są rzadkie, zachowanie tkanki miękkiej rzadko się zdarza. Zamiast tego częstym przykładem niezmienionych skamieniałości jest materiał szkieletowy, który zachował się z niewielkimi zmianami lub bez zmian. W ten sposób zachowało się wiele skamieniałości morskich bezkręgowców i mikroskamieniałości. Obecnie paleontolodzy przyglądają się bliżej skamieniałościom i zaczynają rozpoznawać cienkie warstwy węgla w skałach otaczających skamieniałości jako tkanki miękkie. Ostatnio zespół kierowany przez Marka Norella, paleontologa z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku, zidentyfikował warstwę węgla wokół embrionów dinozaurów powstałych ponad 200 milionów lat temu, która ich zdaniem była miękką skorupką jajka!
Niezmienione skamieniałości zawierają minerały, które zostały biologicznie wyprodukowane; należą do nich apatyt (w kościach i zębach i rzadko w egzoszkieletach, twardość = 5), kalcyt (węglan wapnia znaleziony w wielu organizmach, takich jak muszle, twardość = 3, kipi w kwasie), aragonit (podobny do kalcytu, ale niestabilny polimorf) i opal (rodzaj krzemionki znaleziony w zwierzętach morskich i roślinach, twardość = 7). Twarde części (egzoszkielet) niektórych owadów i stawonogów wykonane są z chityny, polisacharydu spokrewnionego z celulozą. Tak więc, jeśli można zidentyfikować minerały obecne w skamielinie, można odróżnić, czy jest to materiał oryginalny, czy zmieniony.
Alteracja twardych części jest znacznie bardziej powszechne w skamielinach i dzieje się, gdy oryginalny materiał szkieletowy jest albo permineralizowany, rekrystalizowany, zastąpiony, zwęglony, lub rozpuszczony (Tabela 6.1).
| Typ konserwacji | Przykład |
|---|---|
| Permineryzacja występuje w porowatej tkance, takiej jak kość i drewno. W tym typie konserwacji minerały rozpuszczone w wodzie, takie jak kwarc, kalcyt lub piryt przenikają do przestrzeni porowatej i krystalizują się. Dodatek tych minerałów powoduje, że skamieniałości są gęstsze i trwalsze. Oryginalny materiał kostny lub drewniany może być zachowany, może też zostać zastąpiony lub zrekrystalizowany |
 |
| Rekrystalizacja wiąże się ze zmianą struktury krystalicznej, ale nie ze zmianą składu chemicznego minerałów, podobnie jak rekrystalizacja w skałach metamorficznych. Na przykład, minerał aragonit, wspólny minerał wielu muszli, czasami zmienia się w kalcyt, bardziej stabilną geologicznie formę o tym samym składzie chemicznym, CaCO3 (aka polimorf). Zazwyczaj ogólny rozmiar i kształt zrekrystalizowanej skamieniałości nie różni się znacząco od oryginalnego, niezmienionego okazu, ale drobne szczegóły mogą zostać utracone. |
 |
| Replacement to zastąpienie oryginalnego materiału szkieletowego przez minerał wtórny. Na przykład, kalcyt z muszli ostrygi może być zastąpiony cząsteczka po cząsteczce przez krzemionkę. Co godne uwagi, zastąpiona skamielina może zachować niektóre z drobnych szczegółów komórkowych obecnych w oryginale, mimo że jej skład uległ zmianie. W tym typie skamieniałości, przestrzeń porowa nie jest wypełniona, a skamieniałości nie są tak gęste. Najczęstszymi minerałami zastępczymi są krzemionka (kwarc), piryt, dolomit i hematyt. Zastępowanie przez piryt tworzy kilka spektakularnych skamieniałości, szczególnie tych, które znajdują się w czarnych łupkach! |
 |
| Karbonizacja to rodzaj konserwacji skamieniałości, w którym organizm jest zachowany jako szczątkowa, cienka warstwa węgla zamiast oryginalnej materii organicznej. Liście, ryby i graptolity są powszechnie zachowane w ten sposób. W wyniku kompresji oryginalnego organizmu powstają cienkie warstwy węgla. Karbonizacja może również prowadzić do powstania węgla. |
 |
| Formy i odlewy tworzą się, gdy oryginalny materiał szkieletowy ulega rozpuszczeniu. Organizm pozostawia po sobie odcisk w osadzie, zwany formą, a jeśli ten odcisk wypełni się nowym osadem, powstaje odlew. Odlewy powstają z form. |
 |
| Formy wewnętrzne tworzą się, gdy osad wypełnia wnętrze muszli, zanim się rozpuści; ma to miejsce wewnątrz małży, ślimaków lub czaszek. Często zdarza się, że ludzie mylą odlewy i formy wewnętrzne, ponieważ oba mają pozytywny relief. Formy wewnętrzne zachowują trójwymiarową formę wnętrza organizmu, podczas gdy odlew będzie zachowywał strukturę najbardziej zewnętrznej części organizmu. |
 |
Skamieniałości śladowe, które omawialiśmy w rozdziale 4, nie są tak naprawdę skamieniałościami, lecz dowodami na to, że organizmy wpłynęły na osad, grzebiąc w nim, chodząc, a nawet pozostawiając za sobą ekskrementy lub wymiociny. Nie żartuję, istnieje kopalna kupa; ten rodzaj skamieniałości śladowej nazywany jest koprolitem, od greckiego słowa kopros, oznaczającego łajno. Ostatnim rzadkim rodzajem skamieniałości śladowej są gastrolity, niezwykle gładkie, polerowane kamienie, które wspomagały trawienie u zwierząt i skamieniałości takich jak dinozaury i krokodyle. Są one bardziej wypolerowane niż żwirki ze strumienia.
Ten model przedstawia zachowaną skamieniałą muszlę po prawej (nie odlew, oryginał) i zewnętrzną formę po lewej amonitowego głowonoga Gunnarites sp. z kredowej formacji Lopez de Bertodano z wyspy Snow Hill, Antarktyda. Skamieniały okaz pochodzi z kolekcji Paleontological Research Institution, Ithaca, New York. Średnica okazu (nie licząc otaczającej go skały) wynosi około 9 cm.
Cephalopod: Gunnarites sp. (PRI 61543)
by Digital Atlas of Ancient Life
on Sketchfab
To jest przykład wewnętrznej (1) i zewnętrznej (2) formy ślimaka Cassidaria mirabilis z kredy Snow Hill Island, Antarktyda. Okaz pochodzi ze zbiorów Paleontological Research Institution, Ithaca, New York, i ma około 6 cm długości (nie licząc otaczającej skały).
Gastropod: Cassidaria mirabilis (PRI 58468)
by Digital Atlas of Ancient Life
on Sketchfab
Więcej trójwymiarowych modeli dotyczących zachowania skamieniałości można znaleźć na stronie Digital Atlas of Ancient Life.
Jeśli kiedykolwiek zostaniesz poproszony przez przyjaciela o pomoc w identyfikacji skamieniałości, uważaj na pseudoskamieniałości, wypadki diagenezy, które wyglądają jak skamieniałość, ale są tylko dziwnymi formacjami osadowymi, takimi jak guzki septariowe, które są mylone ze skórą gadów lub skorupami żółwi, konkrecje mylone z jajami i dendryty tlenku manganu, które są mylone z paprociami lub mchem.
6.3 Obchodzenie się ze skamieniałościami
Jeśli bierzesz udział w tym laboratorium, kiedy nauczanie odbywa się twarzą w twarz w warunkach laboratoryjnych, będziesz miał możliwość obchodzenia się zarówno z prawdziwymi jak i replikami skamieniałości. Chociaż skamieniałości te mogą istnieć od milionów lub miliardów lat i wydają się być teraz skałami, należy traktować je z szacunkiem. Niektóre ze skamieniałości, które możesz obsługiwać mogą być jedynym okazem swojego rodzaju w kolekcji.
Jeśli zastanawiałeś się jak rozpocząć własną kolekcję skamieniałości, możesz albo iść zacząć znajdować własne lub kupić je. Cena skamieniałości na sprzedaż waha się od tanich do skandalicznie drogich. W 2020 roku anonimowy kolekcjoner kupił skamielinę Tyrannosaurus rex, o pseudonimie Stan, za 31,85 miliona dolarów. Ten okaz miał tylko 188 kości i był jednym z najbardziej kompletnych ze swojego gatunku. Można również znaleźć niedrogie skamieniałości, takie jak skamieniałe ślimaki z Maroka za jedyne 0,30 USD za sztukę.
Niektóre skamieniałości są niezwykle delikatne. Niektóre delikatne próbki są przygotowywane przez ścieranie powietrzem z talkiem w celu usunięcia matrycy. Dla niektórych okazów trylobitów trwa to tysiące godzin, aby odsłonić ich delikatne cechy.
Niektóre skamieniałości, których będziesz używał mogą być łatwe do zastąpienia, a inne niemożliwe. Inne mogą być częścią osobistej kolekcji członka wydziału. Obchodź się tylko z tymi okazami, które Twój wykładowca uzna za możliwe.
Skamieniałości będą dostępne do badania tylko podczas sesji laboratoryjnej. Podczas ostatniej pandemii wiele podobnych przykładów zostało zebranych w formie obrazów internetowych, do których link poda Twój TA.
Możesz swobodnie wykonywać szkice lub fotografować okazy. Jeśli to zrobisz, możesz umieścić skalę na obrazie, taką jak moneta lub linijka. Pomoże ci to zapamiętać wielkość obiektu.
Niektóre okazy będą miały napisane etykiety lub numery, a inne nie, ponieważ mogą być zbyt delikatne, aby można było na nich pisać. Ważne jest, aby każdy okaz umieścić z powrotem w odpowiednim pudełku lub na tacy laboratoryjnej. Nie należy również usuwać żadnych papierowych etykiet z pudełek. Pozwoli to uniknąć zamieszania innym studentom laboratorium.
Niektóre z większych okazów mogą być ciężkie, szczególnie te, które są formami wypełnionymi osadem. Nigdy nie próbuj drapać okazów w celu określenia ich twardości. Nigdy też nie używaj kwasu jako testu mineralnego.
Wreszcie, jeśli złamiesz lub ukradniesz próbkę, zostaniesz obciążony kosztami jej wymiany.
Sprawdź pierwszy zestaw próbek i wypełnij tabelę z informacjami o obecności oryginalnego materiału biologicznego, pozytywnym i negatywnym reliefie oraz składzie mineralnym próbek. Zidentyfikuj sposób zachowania skamieniałości. Wykorzystaj do pomocy schemat blokowy z Rysunku 6.10.
| Próbka | Original Material Present? | Skład minerałów* | Skład minerałów* | Typ zachowania | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
*Uwaga, że możesz nie widzieć reliefu lub nie być w stanie zidentyfikować minerału. Pozostaw te puste miejsca, jeśli to konieczne.
Krytyczne myślenie: Why is replacement the most common mode of preservation?
Sposób w jaki organizm może stać się skamieniały zależy od wielu rzeczy. Poniżej podajemy kilka przykładów do przemyślenia.
- Zbadaj zewnętrzną formę w swojej kolekcji skamieniałości. Te często zachowują szczegóły, takie jak żyłki w liściach lub łuski ryb.
- Jaka jest wielkość ziarna otaczającej skały? ____________________
- Czy sądzisz, że te wrażenia mogą być zachowane w gruboziarnistych osadach?
- Przyjrzyjrzyj się niektórym przykładom karbonizacji. W nich ciemna materia jest pozostałością po węglu organicznym, który nigdy nie został utleniony (rozłożony). W jakich warunkach może zachodzić ten rodzaj konserwacji?
- Twoja kolekcja skamieniałości może zawierać graptolity; wymarłe planktoniczne, kolonijne organizmy, które wydzielały organiczną powłokę z chityny podobną do celulozy. Kolonie te są zwykle zachowane jako dwuwymiarowe impresje, prawie zawsze czarne (wskazujące na karbonizację chityny).
- Jaki typ skał najlepiej nadaje się do znalezienia graptolitów?
- Jakie były warunki pochówku?
- Jaki typ skał najlepiej nadaje się do znalezienia graptolitów?
- Niektóre kości i zęby mogą być zachowane, takie jak niezmienione kości lub zęby rekina.
- Jak odróżniłbyś je od permineralizowanych kości kopalnych?
- Czy permineralizowane drewno może porysować szkło?
- Jak odróżniłbyś je od permineralizowanych kości kopalnych?
- Rozważmy teraz szeroki zakres środowisk osadowych.
- Jakie środowiska osadowe nie są odpowiednie do zachowania skamieniałości?
- Które środowiska sedymentacyjne są dobre do zachowania skamieniałości?
- Które środowiska depozycyjne w obrębie środowisk kontynentalnych i morskich są najlepsze do zachowania skamieniałości? Wyjaśnij.
- Czy erupcje wulkaniczne mogą zachować skamieniałości? Wyjaśnij.
- Jak energia środowiska sedymentacyjnego może wpłynąć na zachowanie skamieniałości?
- Czy można znaleźć skamieniałości w skałach metamorficznych? Jeśli tak, jakie czynniki pomagają w ich zachowaniu?
- Jakie środowiska osadowe nie są odpowiednie do zachowania skamieniałości?
- Myślenie krytyczne: W tym ćwiczeniu laboratoryjnym jest więcej skamieniałości bezkręgowców niż kręgowców. Wyjaśnij, dlaczego tak jest.
W czasie permu, 299 do 252 milionów lat temu, rozległy system rafowy wyrósł w zachodnim Teksasie na skraju małego śródlądowego basenu morskiego, który rozciągał się na 26 000 km² (10 000 mil kwadratowych). Obecnie nazywa się go basenem Delaware, w którym znajduje się duże pole naftowe (Rysunek 6.11). Rafa ta jest obecnie odsłonięta w trzech pasmach górskich: Apache, Guadalupe i Glass Mountains. W innych miejscach rafa jest teraz zakopana wokół całej krawędzi basenu.
W przeciwieństwie do współczesnych raf koralowych, takich jak Wielka Rafa Koralowa w Australii czy rafy u wybrzeży Florydy i Belize, była ona zbudowana z gąbek, glonów i koronkowych zwierząt zwanych bryozoa. Jednym z najwspanialszych odsłon tej rafy jest El Capitan w Parku Narodowym Gór Guadalupe. Rafa podzielona jest na trzy części: rafę tylną, rafę przednią i rafę tylną. Każda z nich miała swój własny unikalny ekosystem, jak również litologię i stan zachowania. Głęboka część tego basenu osiągnęła głębokość prawie 800 metrów (½ mili) i tam osadziło się wiele materii organicznej pozostawiając czarne łupki – źródło ropy naftowej.
Morze śródlądowe Delaware miało wąskie ujście do oceanu Panthalassan, podobnie jak dziś Morze Czarne. Po ~30 milionach lat wejście to zostało ograniczone i basen zaczął wysychać tworząc rozległe osady ewaporytowe (formacje Castille i Salado). Powstały przesycone, kwaśne solanki, które zaczęły rozpuszczać leżącą pod nimi rafę węglanową, tworząc rozległe jaskinie i kras, które można obecnie zwiedzać w Carlsbad Caverns National Park i Lechuguilla Cave – ósmej najdłuższej zbadanej jaskini na świecie o długości ~220 km lub 138 mil. Solanki te rozpuściły również bogate w krzemionkę gąbki, które uformowały rafę i wpłynęły na zachowanie skamieniałości w częściach tego permskiego systemu rafowego.
Stratygrafia tego basenu jest skomplikowana, gdyż nie tylko zmienia się w czasie, ale również w zależności od pozycji w rafie. Według ostatnich analiz stratygraficznych sekwencji, w basenie tym występowało do sześciu sekwencji transgresyjnych do regresyjnych (Kerans i Kempter, 2002). Rysunek 6.13 przedstawia uproszczoną stratygrafię basenu w permie.
Skamieniałości w formacji Capitan w Górach Szklanych są wyjątkowo dobrze zachowane (patrz Rysunek 6.4). Paleontolodzy odkryli, że łatwo jest rozpuścić węglan gospodarza w słabym kwasie i pozostawić po sobie spektakularne okazy.
- Minerał w tych skamieniałościach jest twardszy niż szkło i nie musuje, gdyż nie jest już węglanem. Czasami ten minerał jest tylko powłoką, a innym razem cała skamieniałość jest tym nowym minerałem.
- Co to za minerał? ____________________
- Jaki jest sposób zachowania tych skamieniałości? ____________________
- Czy w ich zachowaniu brały udział płyny? Jeśli tak, jaki był ich skład?
- Dlaczego ten typ zachowania występuje w tej jednej jednostce stratygraficznej.
- W której części rafy znaleziono te skamieniałości? Rafa tylna, rafa, rafa przednia czy basen? ____________________
- Gdzie indziej w formacji Skinner Ranch w Górach Szklanych, skamieniałości obejmują ten niesamowity piła-zębaty okółek zębów wymarłego rekinopodobnego stworzenia znanego jako Helicoprion.
- W jakim typie osadów znajduje się ta skamieniałość? ____________________
- Jaki jest sposób zachowania tej skamieniałości? ____________________
- Gdzie w rafie żył Helicoprion? Tylna rafa, rafa, przedrafa czy basen? ____________________
- W Górach Guadalupe można znaleźć grube warstwy węglanowe z wieloma skamieniałościami, takimi jak te:
- Co to za minerał? ____________________
- Jaki jest sposób zachowania tych skamieniałości? ____________________
- Czy w ich zachowaniu brały udział płyny? Jeśli tak, jaki był ich skład?
- Dlaczego ten typ zachowania występuje w tej jednej jednostce stratygraficznej.
- W której części rafy znaleziono te skamieniałości? Tylna rafa, rafa, przedrafa czy basen? ____________________
- Myślenie krytyczne: Podsumuj swoje obserwacje na temat sposobów zachowania w różnych częściach permskiego systemu rafowego. Czy potrafisz wyjaśnić, dlaczego sposób zachowania jest taki sam lub inny wokół starożytnej rafy?
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, 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, Eighth Edition, Waveland Press Inc, 291 pp.
zwierzę nieposiadające kręgosłupa, takie jak małż lub robak
zwierzę z kręgosłupem, takie jak pies lub kot
okres geologiczny obejmujący 47 milionów lat pod koniec ery paleozoicznej, od końca okresu karbońskiego (298.9 Ma) do początku ery mezozoicznej z okresem triasowym (251,902 Ma)
wielokomórkowe organizmy o ciałach pełnych porów umożliwiających krążenie w nich wody. Zbudowane są z kolagenu, a niektóre mają bogate w krzemionkę spicule.
rodzaj wodnych zwierząt bezkręgowych. Są to zwierzęta filtrujące, które wydobywają cząstki pokarmu z wody za pomocą macek.
superocean, który otaczał cały superkontynent Pangea
rodzaj osadu, który składa się z rozpuszczalnych w wodzie minerałów osadzonych po koncentracji i krystalizacji przez odparowanie z roztworu wodnego
.