Fossil
Fossilien (lat. Fossa = Gebeine) sind Überreste und Abdrücke von Lebewesen, die in vorgeschichtlicher Zeit gelebt haben. Durch besondere Umstände sind diese Lebewesen nach ihrem Tod nicht verwest und zerfallen, sondern ihre Struktur blieb bis heute erhalten. Die fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle sind ebenfalls derartige Überreste.
der Begriff „Fossil“ wurde erstmalig in Georgius Agricolas Standardwerk „De re natura fossilum“ geprägt, gängige Bezeichnungen für Fossilien waren auch „Petrefakten“ oder - fälschlicherweise, da dies nur einen besonderen Erhaltungszustand eines Fossils umschreibt - „Versteinerung“.
Fossilien von Lebewesen, die nur in einem kurzen Zeitabschnitt auftraten, dafür aber räumlich weit verbreitet waren, können als Leitfossilien verwendet werden. Mit ihnen kann man das Alter von Gesteinsschichten aus verschiedenen Gegenden vergleichen. Die wissenschaftliche Erforschung der Fossilien erfolgt in erster Linie durch die Paläontologie.
Ammoniten und andere Fossilien, die eine ungewöhnliche Wuchsform aufweisen - wie der so genannte „Bischofsstab“ - werden als „Aberrante Formen“ bezeichnet.
Entstehung von Fossilien
- Die häufigsten Fossilien sind Versteinerungen. Dabei werden Lebewesen so schnell luftdicht von Schlamm oder Sand begraben, dass sie nicht verwesen können. Die Sand- oder Schlammschicht verfestigt sich im Laufe von Jahrmillionen unter Druck zu Sedimentgestein. Die Fossilien werden von Mineralien durchsetzt, die im Laufe der Zeit kristallisieren und die originale Form konservieren. Wenn Holz von Kieselsäure durchdrungen wird, können sogar noch die Jahresringe erhalten bleiben. Bei Tieren bleiben dabei meistens nur harte Bestandteile wie Knochen, Zähne oder Schalen übrig. In seltenen Fällen können aber auch Weichteile erhalten bleiben, so zum Beispiel bei der Ediacara-Fauna in Australien, den Burgess-Shale-Fossilien in Kanada oder den Chengjiang-Fossilien in China.
- Fast genauso häufig sind Steinkerne. Hierbei hinterlässt ein verwesendes Tier einen Hohlraum im umgebenden Gestein, der mit der Zeit von einsickernden Mineralien ausgefüllt wird.
- Kleine Tiere können von einem Tropfen Baumharz umschlossen werden, der im Laufe der Zeit zu Bernstein wird. Solche Einschlüsse heißen Inklusen. Die meisten der Tiere, die in Bernstein konserviert wurden, sind Insekten, aber auch Würmer oder Schnecken und angeblich sogar kleine Reptilien kommen vereinzelt vor. Neben Tieren sind auch Pflanzenbestandteile wie Pollen und Blätter als Bernsteineinschlüsse erhalten.
- In kalten Gebieten können Fossilien auch einfach durch dauerhaftes Einfrieren entstehen. Im Permafrostboden in Sibirien und Alaska sind vollständige Mammuts und Wollnashörner gefunden worden.
Bedeutung der Fossilien in der Evolution
Dokumente der Lebensgeschichte
Fossilien haben eine große Bedeutung für die Evolution. Sie zeigen uns, dass im Laufe der Ge-schichte des Lebens unzählige Organismenarten auf der Erde entstanden und verschwunden sind. Diese ehemalige Vielfalt ist allein aus der Kenntnis heutiger Formen heraus nicht zu beschreiben. In den Fossilien lernen wir nicht nur die Ahnen vieler in der Gegenwart lebender Organismen kennen, sondern auch einst blühende, aber nachkommenslos erloschene Tier- und Pflanzengruppen, wie z.B.: Triboliten, Ammoniten, Samenfarne oder Dinosaurier.
Zeugen vergangener Lebensräume
Fossilien dienen als Hinweise auf ehemalige geographische und ökologische Verhältnisse, denn jedes Lebewesen ist an einen bestimmten Lebensraum gebunden und gibt uns als Fossil außerdem Auskunft über die besonderen Umstände, die zu seiner Erhaltung geführt haben. Die Reste der verschiedenen Pflanzen- und Tiergruppen treten nacheinander in der Abfolge der Ge-steine auf. Ältere Gesteinsschichten enthalten Fossilien einfacher gebauter Lebewesen, in jüngeren Schichten findet man Reste höherentwickelter Lebewesen. Dadurch kann man bestimmen zu wel-cher Zeit Tiere oder Pflanzen gelebt haben. Trotzdem ist die Überlieferung nur lückenhaft, weil nur wenige Organismen fossil werden und wenn, dann auch nur die Harteile. So gibt es fast keine Überlieferungen von hartteillosen Organismen.
Lebende Fossilien
Für die Evolutionsforscher sind auch lebende Fossilien sehr wichtig. Anhand von ihnen können Paläontologen Rückschlüsse auf die Lebensweise und das Aussehen von heute ausgestorbenen Tiere ziehen. Ein lebendes Fossil ist ein Lebewesen, dass:
- nur noch in wenigen, begrenzten Gebieten gefunden wird,
- verschiedene altertümliche Merkmale aufweisst,
- und ein relativ hohes erdgeschichtliches Alter hat.
Lebende Fossilien findet man häufig auf Inseln oder Inselkontinenten ,in der Tiefsee, ,in tropischen Urwäldern, also in geographisch oder ökologisch isolierten Gebieten, in denen Feinde oder Konkur-renten weitgehend fehlen. Ein typisches Beispiel dafür ist Australien: lange, bevor sich die anderen Erdteile trennten, ist der Inselkontinent vom Rest der Welt "fortgeschwommen" und wurde ein ein-zelner, lange Zeit fast unzugänglicher Kontinent .Die Tiere dieses Erdteils sind daher zum großen Teil entwicklungsgeschichtlich primitiv. Sie sind Nachfahren von Tieren, die auf anderen Kontinenten längst ausgestorben sind .Mit Ausnahme einiger weniger Exemplare in Amerika gibt es z. B.: Beuteltiere nur noch in Australien . Obwohl sie früher in vielen Teilen der Erde vorkamen, sind sie heute sonst überall ausgestorben . Lebende Fossilien sind z.B.: Beuteltiere, Krokodile, Schildkröten, Quastenflosser, Schnabeltiere, Ameisenigel und einige Eidechsen und- Schlangenarten
Methoden zur Altersbestimmung von Fossilien
Um den Ablauf der Evolution zu klären, muss man das Alter der Fossilien bestimmen. Hierfür gibt es verschiedene Methoden. Man kann sie unterscheiden in: 1. Radiometrische Alterbestimmung 2. Stratigraphische Altersbestimmung 3. Altersbestimmung durch Leitfossilien
Radiometrische Altersbestimmungen
Die Entdeckung der Radioaktivität (1896) eröffnete die Möglichkeit der radiometrischen Altersbe-stimmung.
Grundlegende Theorie: Die Atome radioaktiver Isotope, beispielsweise Uran (U) und Thorium (Th), zerfallen gesetzmäßig zu nichtradioaktiven Isotopen. Bei der radiometrischen Altersbestimmung wird das Mengenverhältnis Mutter-/Tochterisotop in einem Mineral festgestellt. Das Ergebnis bedarf sorgfältiger geologischer Interpretationen, denn nur unter günstigen Bedingungen ist das radiometrische Alter der Mineralien gleich dem Alter der Gesteine.
Kohlenstoff-14-Methode: Durch Stoffwechselprozesse bleibt das Niveau von Kohlenstoff 14 in einem lebenden Organismus in konstantem Gleichgewicht mit dem Niveau der Atmosphäre oder des Meeres. Mit dem Tod des Organismus beginnt Kohlenstoff 14 mit einer konstanten Geschwindigkeit zu zerfallen; der Kohlenstoff wird dann nicht mehr durch das Kohlendioxid in der Atmosphäre ersetzt. Der schnelle Zerfall von Kohlenstoff 14 begrenzt im Allgemeinen den Datierungszeitraum auf ungefähr 50 000 Jahre, in manchen Fällen kann er bis 70 000 Jahre erweitert werden. Die Unsicherheit bei der Messung erhöht sich mit dem Alter der Probe.
Kalium-Argon-Methode: Mit dem Zerfall von radioaktivem Kalium 40 zu Argon 40 und Calcium 40 können Gesteine mit einem Alter von 200 bis 800 Millionen Jahren (mit Argon) bzw. von eins bis zwei Milliarden Jahren (mit Calcium) datiert werden. Kalium 40 kommt weit verbreitet in häufigen gesteinsbildenden Mineralien wie Glimmern, Feldspäten und Hornblenden vor. Proble-matisch ist das Entweichen von Argon, wenn das Gestein Temperaturen über 125 °C ausgesetzt war, denn dadurch wird das Messergebnis verfälscht.
Rubidium-Strontium-Methode: Mit dieser sehr genauen und zuverlässigen Methode können die ältesten Gesteine datiert werden. Sie basiert auf dem Zerfall von Rubidium 87 zu Strontium 87 und wird häufig auch dafür eingesetzt, um Kalium-Argon-Datierungen zu überprüfen, da sich Strontium bei geringer Erwärmung nicht verflüchtigt, wie es beim Argon der Fall ist.
Methoden mit Blei: Das Blei-Alpha-Alter wird bestimmt, indem man den Gesamtbleigehalt und die Alphateilchenaktivität (Uran-Thorium-Gehalt) von Zirkon-, Monazit- oder Xenotimkonzentraten spektrometrisch bestimmt. Die Uran-Blei-Methode basiert auf dem radioaktiven Zerfall von Uran 238 in Blei 206 und von Uran 235 in Blei 207. Mit den Zerfallsgeschwindigkeiten für Thorium 232 bis Blei 208 kann man drei voneinander unabhängige Altersangaben für die gleiche Probe erhalten. Die ermittelten Blei-206- und Blei-207-Verhältnisse können in das so genannte Blei-Blei-Alter umgewandelt werden. Die Methode wird am häufigsten für Proben aus dem Präkambrium benutzt.
Schichtenabfolgen im Gestein (Stratigraphie)
Durch die Abfolge der Gesteinsformationen kann man festlegen welche Schichten älter und welche jünger sind. Da diese Methode keine absoluten Zahlen bringen kann, wird sie als relative Zeitskala bezeichnet. Zusammen mit den radiometrischen Messungen ergibt sich aber ein relativ genaues Bild, wie alt eine Gesteinsschicht ist, und damit auch die darin erhaltenen Fossilien.
Leitfossilien
Dies sind Fossilien, die möglichst nur in einem relativ kleinen Abschnitt der Gesteinsfolgen vorkommen. Wenn das Alter dieser bestimmt ist, hat man die Möglichkeit dadurch andere Schichten in denen diese Fossilien ebenfalls vorkommen zu bestimmen.
Bekannte Fundstätten von Fossilien in Deutschland
- Grube Messel bei Darmstadt
- Steinbrüche bei Solnhofen und Eichstätt
- Holzmaden in Baden-Württemberg
- Bundenbach in Rheinland-Pfalz
- Geiseltal bei Halle/Saale Sachsen-Anhalt
- Bilzingsleben in Thüringen
Diese Fundstätten zeichnen sich durch hohe Artenvielfalt und erstklassigen Erhaltungszustand der Fossilien auf eng begrenztem Raum aus.
Fossilien finden sich aber auch oft in natürlichen Aufschlüssen (Gestein tritt an die Erdoberfläche) oder künstlichen Aufschlüssen (zum Beispiel beim Straßen- oder Tunnelbau).
Berühmte Fossilien
Auch außerhalb der Wissenschaft sind einige Fossilien berühmt geworden, so zum Beispiel der Urvogel Archaeopteryx, der vermutlich von gefiederten Dinosauriern abstammte.