Fossilien
thumb|right|300px|Versteinerung einer Fischechse thumb|300px|2 fossile Insekten. Länge des Gesteinsstücks 5 cm
Fossilien (lat. Fossa: „die Grube“) sind Überreste und Spuren (Bsp: Abdrücke) von Lebewesen, die mindestens 10.000 Jahre alt sind. In der Biologie sind fossile Arten ausgestorben, im Gegensatz zu rezenten (heute noch lebenden oder "kurzem" ausgestorbenen Arten). Den Grenzbereich zwischen fossil und rezent bezeichnet man als subfossil. Durch besondere Umstände sind manche fossile Lebewesen nach ihrem Tod nicht verwest und zerfallen, sondern Bestandteile, Form und/oder Struktur blieben bis heute zum Teil erhalten. Die fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle sind ebenfalls Überreste vorwiegend pflanzlicher Substanzen (Biomasse).
Die Bezeichnung "Fossil" wurde erstmalig in Georgius Agricolas Standardwerk De re natura fossilum geprägt. Gängige Bezeichnungen für Fossilien waren auch "Petrefakt" und "Versteinerung", fälschlicherweise, da sie nur einen besonderen Erhaltungszustand eines Fossils umschreiben.
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.
Einige "heteromorphe" Ammoniten und andere Fossilien, die eine ungewöhnliche Wuchsform aufweisen - wie der so genannte "Bischofsstab" - werden als "aberrante Formen" bezeichnet.
| Inhaltsverzeichnis |
Formen von Fossilien
Fossilien können eingeteilt werden in:
- Körperfossilien: Als solche bezeichnet man vollständig erhaltene Körper von Lebewesen.
- Steinkerne: Diese entstehen wenn Lebewesen einen Hohlraum im Sediment hinterlassen, der später mit anderen Sedimenten aufgefüllt wird.
- Spurenfossilien: Spurenfossilien enthalten alle Hinweise auf Leben, die nicht das Lebewesen selbst betreffen. Beispielsweise Fußabdrücke, Bwegungs- und Grabspuren, Ernährungsspuren (Fraß oder Kot), Fortpflanzungs- und Wohnspuren (Eier, Nest).
Entstehung von Fossilien
- Die Entstehung von Fossilien (Fossilisation) ist ein Vorgang, der unter bestimmten chemisch-physikalischen Bedingungen über extrem lange Zeiträume hinweg abläuft. Organische Moleküle werden hierbei durch anorganische Moleküle ersetzt, so dass sich Organismen in anorganische Strukturen umbilden, bei denen jedoch die Form der jeweiligen Organismen erkennbar bleibt. Bei einer unvollständigen Fossilisation finden sich in der anorganischen Struktur noch organische Reste. Wichtig ist der schnelle Sauerstoffabschluss in einem sich später verfestigenden Material, sodass man Fossilien meist an Orten mit hoher Sedimentationsrate, wie Sümpfen, Mooren, Seen oder Flachmeeren, findet.
- 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. Bei diesem Prozess werden natürlich auch die eingeschlossenen Fossilien verformt, sodass nur Abdrücke erhalten bleiben (die Verformung der Erdkruste ist einer der Gründe, der dafür sorgt dass in älteren Erdschichten immer weniger Fossilien gefunden werden). 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 der Volksrepublik China.
- Fast genauso häufig sind Steinkerne. Hierbei verfestigt sich das Gestein langsamer, sodass es verwest und einen Hohlraum im umgebenden Gestein hinterlässt, der mit der Zeit von einsickernden Mineralien ausgefüllt wird. Bei diesem Vorgang bleibt die ursprüngliche Gestalt des Tieres erhalten. Wenn Holz von Kieselsäure durchdrungen wird, man spricht hierbei von Verkieselung, können sogar noch die Jahresringe erhalten bleiben.
- 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.
- Ein weiterer Fossilisationsprozess ist die Inkohlung. Hierbei findet unter Luftabschluss eine Umwandlung des organischen Materials statt, bis nur noch Kohlenstoff übrigbleibt. Dabei können entweder Torf, Braun oder Steinkohle entstehen.
Bedeutung der Fossilien in der Evolution
Dokumente der Lebensgeschichte
Fossilien haben eine große Bedeutung für die Evolution. Sie zeigen uns, dass im Laufe der Geschichte 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 zum Beispiel 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 Gesteine auf. Ältere Gesteinsschichten enthalten Fossilien einfacher gebauter Lebewesen, in jüngeren Schichten findet man Reste höherentwickelter Lebewesen. Dadurch kann man bestimmen zu welcher Zeit Tiere oder Pflanzen gelebt haben. Trotzdem ist die Überlieferung nur lückenhaft, weil nur wenige Organismen fossil werden und wenn, dann auch nur die Hartteile. 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 Konkurrenten weitgehend fehlen. Ein typisches Beispiel dafür ist Australien: lange, bevor sich die anderen Erdteile trennten, ist der Inselkontinent vom Rest der Welt fortgetrieben und wurde ein einzelner, 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 etwa Beuteltiere nur noch in Australien. Obwohl sie früher in vielen Teilen der Erde vorkamen, sind sie heute sonst überall ausgestorben. Lebende Fossilien sind: 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:
- Radiometrische Altersbestimmung
- Stratigraphische Altersbestimmung
- Altersbestimmung durch Leitfossilien
Radiometrische Altersbestimmungen
Die Entdeckung der Radioaktivität (1896) eröffnete die Möglichkeit der radiometrischen Altersbestimmung, die anders als die anderen Verfahren absolute Zeitangaben liefert und somit das Wissen über die Evolution entscheident beeinflusste.
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 (Halbwertszeit 5730 Jahre) 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, da über lange Zeit durch Diffusion Kohlenstoff aus dem umgebenden Gestein aufgenommen werden kann und sich so der Wert verfälscht.
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 ein bis zwei Milliarden Jahren (mit Calcium) datiert werden. Kalium 40 kommt in häufigen gesteinsbildenden Mineralien wie Glimmern, Feldspäten und Hornblenden vor. Problematisch 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 (Stratigraphie) 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 nur in einem relativ kleinen Abschnitt der Gesteinsfolgen in großer Zahl vorkommen. Wenn das Alter dieser bestimmt ist, hat man die Möglichkeit dadurch andere Schichten in denen diese Fossilien ebenfalls vorkommen zu bestimmen.
Ein gutes Leitfossil sollte folgende Ansprüche erfüllen:
- kurzes zeitliches Auftreten
- weite geografische Verbreitung
- weitgehende Unabhängigkeit von Gesteinsausbildung (Fazies)
- leichte Kenntlichkeit
- häufiges Auftreten
Beispiele sind Trilobiten (Kambrium bis Devon) und Ammoniten (Devon bis Kreide).
siehe auch: Altersbestimmung_(Archäologie)
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
- Doberg bei Bünde. Siehe auch Dobergmuseum
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.
Weblinks
Siehe auch: Fossilien und geologische Zeitskala, Versteinerter Wald