Målen med det här kapitlet är att:
- förklara olika sätt att bevara fossiler
- identifiera hur proverna ska bevaras
Alla vet vad ett fossil är! Så hur definierar du detta begrepp? I den här laborationen kommer vi att definiera det som ett bevis på förekomsten av förhistoriskt liv. Det som är svårt att definiera i denna definition är vad som menas med förhistoriskt. Skulle du betrakta kroppar bevarade i Pompeji som fossil eller vad sägs om resterna av en frusen mastodont från pleistocen som bevarades tillräckligt väl för att kunna ätas? Vissa säger att allt som är äldre än 11 000 år är ett fossil, men denna del av vår definition är en fråga om semantik. Ett bra ställe att lära sig mer om fossiler och fossilisering är Digital Atlas of Ancient Life.
Vi börjar detta kapitel om hur organismer blir fossiliserade med en snabb övning. Figur 6.1 innehåller tre olika organismer.
- Vilken organism i figur 6.1 tror du har störst chans att bli ett fossil och varför?
- Vilken organism tror du har störst chans att lämna kvar ett spårfossil? ____________________
6.2 Typer av bevarande
Fossiler bevaras genom tre huvudsakliga metoder: oförändrade mjuka eller hårda delar, förändrade hårda delar och spårfossil. Du har redan lärt dig om spårfossil i kapitel 4. Taphonomi är vetenskapen om hur organismer förfaller och fossiliseras, eller övergår från biosfären till litosfären.
Oförändrade fossil är otroligt sällsynta utom som fångade i bärnsten, fångade i tjära, torkade eller frusna som en bevarad ullig mammut. Bärnsten är den fossiliserade trädharts som kan fånga blommor, maskar, insekter samt små amfibier och däggdjur. Fadern till en av författarna var delaktig i en guldgruvdrift som grävde upp en ullig mammutkalv (med smeknamnet Effie) i Alaska; detta var de första mumifierade mammutrester som upptäcktes i Nordamerika. Trots att den begravdes för cirka 21 300 år sedan består den fortfarande av vävnad och hår. Ibland lämnas endast organiska rester kvar som upptäcks med molekylärbiokemiska tekniker. Jordens äldsta fossil bevaras endast som komplexa organiska molekyler.
Vävnader är svåra att bevara eftersom de måste ha begravts i en syrefri sedimentär miljö med låg energi där bakteriell nedbrytning inte kan ske. Eftersom dessa förhållanden är ovanliga förekommer det sällan att mjukvävnad bevaras. Vanliga exempel på oförändrade fossil är i stället skelettmaterial som har bevarats med liten eller ingen förändring. Många fossiler av marina ryggradslösa djur och mikrofossiler har bevarats på detta sätt. Paleontologer tittar nu närmare på fossiler och börjar känna igen tunna kolskikt i berget runt fossilerna som mjuka vävnader. Nyligen identifierade en grupp under ledning av Mark Norell, paleontolog vid American Museum of Natural History i New York City, ett lager av kol runt dinosaurieembryon som bildades för över 200 miljoner år sedan och som de tror var ett mjukt äggskal!
Oförändrade fossil innehåller mineraler som producerats biologiskt; dessa inkluderar apatit (i ben och tänder och sällan i exoskelett, hårdhet = 5), kalcit (kalciumkarbonat som finns i många organismer, t.ex. skal, hårdhet = 3, bubblar i syra), aragonit (som liknar kalcit, men är en instabil polymorf) och opal (en typ av kiseldioxid som finns i marina djur och växter, hårdhet = 7). De hårda delarna (exoskelettet) hos vissa insekter och leddjur består av kitin, en polysackarid som är besläktad med cellulosa. Så om man kan identifiera de mineraler som finns i ett fossil kan man skilja på om det är originalmaterial eller förändrat.
Alteration av hårda delar är mycket vanligare i fossil och sker när ursprungligt skelettmaterial antingen permineraliseras, omkristalliseras, ersätts, karboniseras eller löses upp (tabell 6.1).
| Typ av konservering | Exempel |
|---|---|
| Permineralisering sker i porös vävnad som ben och trä. Vid denna typ av bevarande tränger mineraler som är lösta i vatten, t.ex. kvarts, kalcit eller pyrit, in i porutrymmet och kristalliserar. Tillsatsen av dessa mineraler resulterar i tätare och mer hållbara fossiler. Det ursprungliga ben- eller trämaterialet kan bevaras eller ersättas eller omkristalliseras |
 |
| Rekristallisering innebär en förändring av kristallstrukturen, men inte en förändring av mineralens kemi, vilket liknar rekristallisering i metamorfa bergarter. Till exempel förändras mineralet aragonit, ett vanligt mineral i många snäckor, ibland till kalcit, en mer geologiskt stabil form av samma kemiska sammansättning, CaCO3 (även kallad polymorf). Typiskt sett varierar den övergripande storleken och formen på ett rekristalliserat fossil inte nämnvärt från det ursprungliga oförändrade exemplaret, men fina detaljer kan gå förlorade. |
 |
| Replacement är att det ursprungliga skelettmaterialet ersätts av ett sekundärt mineral. Kalcit i ett ostronskal kan till exempel ersättas molekyl för molekyl av kiseldioxid. Det är anmärkningsvärt att det ersatta fossilet kan behålla en del av de fina celldetaljer som fanns i originalet trots att dess sammansättning ändrats. Vid denna typ av fossilisering fylls inte porutrymmet och fossilerna är inte lika täta. De vanligaste ersättningsmineralen är kiseldioxid (kvarts), pyrit, dolomit och hematit. Ersättning av pyrit skapar några spektakulära fossiler, särskilt de som finns i svarta skiffrar! |
 |
| Karbonisering är en typ av fossilkonservering där organismen bevaras som en kvarvarande, tunn film av kol istället för det ursprungliga organiska materialet. Blad, fiskar och graptoliter bevaras vanligen på detta sätt. Kompression av den ursprungliga organismen resulterar i tunna lager av kol. Karbonisering kan också resultera i bildandet av kol. |
 |
| Mögel och avgjutningar bildas när det ursprungliga skelettmaterialet löses upp. Organismen lämnar efter sig ett avtryck i sedimentet, en så kallad gjutform, och om avtrycket fylls med nytt sediment skapas en avgjutning. Avgjutningar görs från formar. |
 |
| Inre formar bildas när sediment fyller insidan av ett skal innan det löses upp; detta sker inuti tvåskaliga djur, sniglar eller skallar. Ofta förväxlar människor avgjutningar och inre formar eftersom båda har positiv relief. Interna avgjutningar bevarar en tredimensionell avgjutning av organismens insida, medan en avgjutning kommer att bevara strukturen av organismens yttersta del. |
 |
Spårfossil, som vi diskuterade i kapitel 4, är egentligen inte fossil utan bevis på att organismer påverkat sedimentet genom att gräva, gå eller till och med lämna efter sig exkrementer eller spyor. Inget skämt, det finns fossil bajs; denna typ av spårfossil kallas ”koprolit”, från det grekiska ordet kopros, som betyder dynga. En sista sällsynt typ av spårfossil är gastroliter, extremt släta polerade stenar som underlättade matsmältningen hos djur och fossiler som dinosaurier och krokodiler. Dessa är mer högpolerade än bäckslitna grusstenar.
Denna modell visar ett bevarat fossilt skal till höger (inte en avgjutning, original) och en extern gjutform till vänster av den ammonoida bläckfisken Gunnarites sp. från den krittida Lopez de Bertodano-formationen från Snow Hill Island, Antarktis. Det fossila exemplaret kommer från samlingarna hos Paleontological Research Institution, Ithaca, New York. Exemplarets diameter (exklusive omgivande sten) är cirka 9 cm.
Täppfot: Gunnarites sp. (PRI 61543)
av Digital Atlas of Ancient Life
på Sketchfab
Detta är ett exempel på en inre (1) och yttre (2) avgjutning av snäckan Cassidaria mirabilis från kritaperioden på Snow Hill Island, Antarktis. Exemplaret kommer från samlingarna hos Paleontological Research Institution, Ithaca, New York, och är cirka 6 cm långt (exklusive omgivande sten).
Gastropod: Cassidaria mirabilis (PRI 58468)
av Digital Atlas of Ancient Life
på Sketchfab
Fler 3D-modeller om fossilbevarande finns på Digital Atlas of Ancient Life.
Om du någonsin blir tillfrågad av en vän om hjälp med att identifiera ett fossil, se upp för pseudofossil, olyckor av diagenes som ser ut som ett fossil men som bara är konstiga sedimentformationer, till exempel septariaknölar som misstas för reptilhud eller sköldpaddsskal, konkretioner misstas för ägg och manganoxiddendriter som misstas för ormbunkar eller mossa.
6.3 Hantering av fossiler
Om du läser den här laborationen när undervisningen sker ansikte mot ansikte i en laboratoriemiljö kommer du att kunna hantera både riktiga och replika exemplar av fossiler. Även om dessa kan ha funnits i miljontals eller miljarder år och verkar som om de nu är stenar, måste de behandlas med respekt. Vissa av de fossil som du kan komma att hantera kan vara det enda exemplaret av sitt slag i samlingen.
Om du har undrat hur du ska starta din egen fossilsamling kan du antingen börja leta efter dina egna eller köpa dem. Priset på fossil till salu varierar från billigt till skandalöst dyrt. År 2020 köpte en anonym samlare en fossil Tyrannosaurus rex, med smeknamnet Stan, för 31,85 miljoner dollar. Exemplaret hade endast 188 ben och var ett av de mest kompletta av sin art. Du kan också hitta billiga fossil som fossiliserade sniglar från Marocko för endast 0,30 dollar styck.
Vissa fossil är extremt ömtåliga. Vissa känsliga prover prepareras genom luftslipning med talkpulver för att avlägsna matrisen. För vissa trilobit-exemplar tar detta tusentals timmar för att exponera deras känsliga egenskaper.
Vissa fossil som du kommer att använda kan vara lätta att ersätta och andra omöjliga. Andra kan vara en del av en fakultetsmedlems personliga samling. Hantera endast de exemplar som din lärare säger att du får hantera.
Fossilerna kommer endast att vara tillgängliga för dig att undersöka under laborationstillfället. Under den senaste pandemin har många liknande exemplar samlats in som webbbilder som din lärare kommer att ge dig en länk till.
Du får gärna göra skisser eller fotografera exemplaren. Om du gör detta kanske du vill sätta in en skala i bilden, t.ex. ett mynt eller en linjal. Detta hjälper dig att komma ihåg föremålets storlek.
Vissa exemplar kommer att ha etiketter eller nummer skrivna på sig och andra kommer inte att ha det eftersom de kanske är för ömtåliga för att ens skrivas på. Det är viktigt att du lägger tillbaka varje exemplar i sin rätta låda eller på sin rätta plats i en laboratoriebricka. Flytta inte heller några av pappersetiketterna från lådorna. Detta förhindrar förvirring för andra labbstudenter.
En del av de större proverna kan vara tunga, särskilt de som är formar fyllda med sediment. Försök aldrig att skrapa proverna för att avgöra deras hårdhet. Använd heller aldrig syra som mineraltest.
För det sista, om du bryter eller stjäl ett prov kommer du att debiteras för att ersätta det.
Inspektera den första uppsättningen prover och fyll i tabellen med information om förekomsten av ursprungligt biologiskt material, positiv och negativ relief samt provernas mineralsammansättning. Identifiera fossilens konserveringssätt. Använd flödesschemat i figur 6.10 som hjälp.
| Prov | Ursprungsmaterial närvarande? | Lindring* | Mineral sammansättning* | Typ av konservering | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
*Notera att du kanske inte kan se reliefer eller identifiera mineralen. Lämna dessa fält tomma om det behövs.
Kritiskt tänkande:
Hur en organism kan bli fossiliserad beror på många saker. Nedan följer några exempel att tänka på.
- Undersök en yttre mögelform i din fossilsamling. Dessa bevarar vanligen detaljer som t.ex. ådror i blad eller fjäll på fiskar.
- Vad är kornstorleken på den omgivande berggrunden? ____________________
- T tror du att dessa avtryck kan bevaras i grovkorniga sediment?
- Se på några exempel på karbonisering. I dessa är den mörka materian resterna av organiskt kol som aldrig oxiderades (förbrukades). Under vilka förhållanden kan denna typ av bevarande ske?
- Din fossilsamling kan innehålla graptoliter; en utdöd planktonisk, kolonial organism som utsöndrade ett organiskt skal av chitin som liknar din cellulosa. Dessa kolonier är vanligtvis bevarade som tvådimensionella avtryck, nästan alltid svarta (vilket tyder på förkolning av kitinet).
- Vilken typ av bergarter lämpar sig bäst för att hitta graptoliter?
- Vilka var begravningsförhållandena?
- Vilken typ av bergarter lämpar sig bäst för att hitta graptoliter?
- Vissa ben och tänder kan bevaras, till exempel oförändrade ben eller hajtänder.
- Hur skulle du kunna skilja dessa från permineraliserade fossila ben?
- Kan permineraliserat trä repa glas?
- Hur skulle du kunna skilja dessa från permineraliserade fossila ben?
- Tänk nu på det breda spektrumet av sedimentära miljöer.
- Vilka sedimentära miljöer är olämpliga för att bevara fossiler?
- Vilka sedimentära miljöer är bra för att bevara fossiler?
- Vilka avlagringsmiljöer inom kontinentala och marina miljöer är bäst för att bevara fossiler? Förklara.
- Kan vulkanutbrott bevara fossiler? Förklara.
- Hur kan energin i den sedimentära miljön påverka bevarandet av fossiler?
- Kan man hitta fossiler i metamorfa bergarter? Vilka faktorer bidrar i så fall till att de bevaras?
- Vilka sedimentära miljöer är olämpliga för att bevara fossiler?
- Kritiskt tänkande: Det finns fler ryggradslösa djur än ryggradslösa fossil i den här laborationen. Förklara varför.
Under permtiden, för 299 till 252 miljoner år sedan, växte ett omfattande revsystem fram i västra Texas i utkanten av en liten marin inlandsbassäng som sträckte sig över 26 000 km² (10 000 kvadratmil). Nu kallas det för Delawarebäckenet och här finns ett stort oljefält (figur 6.11). Revet är nu exponerat i tre bergskedjor; Apache, Guadalupe och Glass Mountains. På andra ställen är revet nu begravt runt hela kanten av bassängen.
I motsats till moderna korallrev som det stora barriärrevet i Australien eller reven utanför Floridas och Belizes kust var det uppbyggt av svampar, alger och spetsdjur som kallas bryozoa. En magnifik exponering av detta rev är El Capitan i nationalparken Guadalupe Mountains. Revet är indelat i tre delar: bakre rev, rev och främre rev. Var och en hade sitt eget unika ekosystem samt litologi och bevarande. Den djupa delen av denna bassäng nådde djup på nästan 800 meter och det är där som mycket organiskt material avlagrades och lämnade svart skiffer – källan till petroleum.
Delawares inlandshav hade ett smalt utlopp till det panthalassiska havet ungefär som Svarta havet i dag. Efter ~30 miljoner år blev utloppet begränsat och bäckenet började torka ut och bildade omfattande evaporitavlagringar (Castille- och Salado-formationerna). Detta skapade övermättade, sura saltlösningar som började lösa upp det underliggande karbonatrevet och bildade omfattande grottor och karst som du nu kan besöka i Carlsbad Caverns National Park och Lechuguilla Cave – den åttonde längsta utforskade grottan i världen med en längd på ~220 km eller 138 miles. Dessa saltlösningar löste också upp de kiselrika svamparna som bildade revet och påverkade fossilbevaringen i delar av detta permiska revsystem.
Stratigrafin i denna bassäng är komplicerad eftersom den inte bara varierar med tiden utan också med positionen i revet. Enligt en nyligen genomförd sekvensstratigrafisk analys fanns det upp till sex transgressiva till regressiva sekvenser i denna bassäng (Kerans och Kempter, 2002). Figur 6.13 ger en förenklad stratigrafi för bassängen under perm.
Fossil i Capitanformationen i Glass Mountains är unikt bevarade (se figur 6.4). Paleontologer upptäckte att det är lätt att lösa bort värdkarbonaten i svag syra och lämna kvar spektakulära exemplar.
- Mineralet i dessa fossil är hårdare än glas och bubblar inte eftersom det inte längre är en karbonat. Ibland är detta mineral bara en beläggning och andra gånger är hela fossilet detta nya mineral.
- Vad är mineralet? ____________________
- Vad är konserveringssättet för dessa fossiler? ____________________
- Har vätskor varit inblandade i bevarandet? Om så är fallet, vilken var deras sammansättning?
- Varför tror du att den här typen av konservering finns i den här stratigrafiska enheten?
- Vilken del av revet hittades de här fossilerna? Bakre rev, rev, främre rev eller bassäng? ____________________
- Högre plats i Skinner Ranch-formationen i Glass Mountains finns bland annat denna fantastiska sågtandade tandvirvel från en utdöd hajliknande varelse som kallas Helicoprion.
- Vilken typ av sediment finns det här fossilet i? ____________________
- Vad är bevaringsformen för detta fossil? ____________________
- Var i revet levde Helicoprion? Bakre rev, rev, främre rev eller bassäng? ____________________
- I Guadalupebergen kan man hitta tjocka karbonatlager med många fossil som dessa:
- Vad är detta mineral? ____________________
- Vad är bevaringsformen för dessa fossiler? ____________________
- Var vätskor inblandade i bevarandet? Om så är fallet, vilken var deras sammansättning?
- Varför tror du att den här typen av konservering finns i den här stratigrafiska enheten?
- Vilken del av revet hittades de här fossilerna? Bakre rev, rev, främre rev eller bassäng? ____________________
- Kritiskt tänkande: Sammanfatta dina observationer om bevarandeformerna i olika delar av det permiska revsystemet. Kan du förklara varför bevarandet är detsamma eller annorlunda runt det gamla revet?
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, Publicerad online 17 juni 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 s.
ett djur som saknar ryggrad, t.ex. en mussla eller mask
ett djur med ryggrad, t.ex. en hund eller katt
en geologisk period som sträcker sig över 47 miljoner år i slutet av paleozoikum, från slutet av karbonperioden (298.9 Ma) till början av den mesozoiska eran med triassperioden (251,902 Ma)
multicellulära organismer med kroppar fulla av porer som tillåter vatten att cirkulera genom dem. De är gjorda av kollagen och vissa har kiselrika spikuler.
En typ av vattenlevande ryggradslösa djur. De är filterätare som drar upp matpartiklar ur vattnet med hjälp av tentakler.
ett superhav som omgav hela superkontinenten Pangea
en typ av sediment som består av vattenlösliga mineraler som avlagrats efter koncentration och kristallisering genom avdunstning från en vattenlösning
.