Fossilien

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Fossilien
Stromatolithe gehören zu den ältesten bekannten Fossilien. An diesen proterozoischen Stromatolithen aus den östlichen Anden von Bolivien ist der feinlagige Aufbau deutlich zu erkennen
Fossil eines Ichthyosauriers aus dem Posidonienschiefer S√ľdwestdeutschlands
Bewegungsspuren von Trilobiten
Libelle aus dem Jura
Der Körper dieses Ammoniten wurde während des Fossilisationsvorgangs in einem reduzierendem Ablagerungsmilieu allmählich durch Schwefelverbindungen ersetzt, die später zu Pyrit kristallisierten. Breite: 11 mm
Verkieseltes Holz aus dem Petrified-Forest-Nationalpark in Arizona, USA
Priscacara liops ein eoz√§ner Barschartiger aus der f√ľr ihren Reichtum an hervorragend erhaltenen Fossilien bekannten Green-River-Formation, Wyoming, USA. Fische sind die h√§ufigsten fossil √ľberlieferten Wirbeltiere
Unter den Fischfossilien gehören fossile Haizähne zu den häufigsten Funden
Nachbildung eines Fossils von Archaeopteryx (‚ÄěBerliner Exemplar‚Äú)
Spurenfossil (Bewegungspur) aus der Ediacara-Fauna
Fossil des Schuppenbaums Lepidodendron aculeatum

Als Fossil (von lat. fossilis ‚Äě(aus)gegraben‚Äú) fr√ľher auch Petrefakt genannt, bezeichnet man jedes Zeugnis vergangenen Lebens aus der Erdgeschichte.

Derartige erdgeschichtliche Dokumente k√∂nnen sowohl k√∂rperliche √úberreste (K√∂rperfossilien) als auch Zeugnisse der Aktivit√§t von Lebewesen (Spurenfossilien) sein, die √§lter als 10.000 Jahre sind und sich somit einem geologischen Zeitalter vor dem Beginn des Holoz√§ns zuordnen lassen. In der Biologie und Pal√§ontologie werden die Arten, die bis zur Wende Pleistoz√§n/Holoz√§n ausstarben, als fossil bezeichnet und den rezenten Arten gegen√ľber gestellt, denjenigen also, die heute noch leben oder erst im Laufe des Holoz√§ns ausstarben.

Durch besondere Umst√§nde sind manche Lebewesen nach ihrem Tod nicht verwest und zerfallen, sondern Bestandteile, Form und/oder Struktur blieben bis heute erhalten. Die fossilen Energietr√§ger Erd√∂l, Erdgas und Kohle sind ebenfalls √úberreste vorwiegend pflanzlicher Biomasse. Es muss dabei jedoch bedacht werden, dass auch jegliche Spuren von Lebewesen der Erdgeschichte, also unter anderem Abdr√ľcke und versteinerte Exkremente (Koprolithe), zu den Fossilien gez√§hlt werden.

Wissenschaftler gehen von etwa 1 Milliarde Tier- und Pflanzenarten aus, die seit dem Beginn des Phanerozoikums vor 542 Mio. Jahren entstanden sind, manche rechnen sogar mit 1,6 Milliarden. Weit unter 1 Prozent dieses Artenreichtums ist fossil erhalten geblieben, denn die Bedingungen f√ľr eine Fossilwerdung sind generell ung√ľnstig und viele Fossilien sind im Laufe der Jahrmillionen von der Erosion zerst√∂rt worden. Forscher haben bis 1993 rund 130.000 fossile Arten wissenschaftlich beschrieben. [1]

Inhaltsverzeichnis

Begriffe und Einteilung

Die Bezeichnung ‚ÄěFossil‚Äú wurde erstmalig 1546 von Georgius Agricola in seinem Standardwerk De natura fossilium verwendet. G√§ngige Bezeichnungen f√ľr Fossilien waren auch ‚ÄěPetrefakt‚Äú und ‚ÄěVersteinerung‚Äú, jedoch f√§lschlicherweise, da sie nur den h√§ufigsten Erhaltungszustand eines Fossils umschreiben. Belegte man zun√§chst unterschiedslos alle aus dem Boden gegrabenen Kuriosit√§ten mit dem Begriff ‚ÄěFossil‚Äú, etwa auch Minerale und Artefakte, seltsam geformte Wurzeln und Mineralkonkretionen, fand erst im Laufe der Zeit eine Bedeutungsverengung auf solche Objekte statt, die von der Existenz fr√ľheren Lebens zeugten. Der Naturforscher und sp√§tere Geistliche Nicolaus Steno war der erste, der erkannte, dass es sich bei Fossilien nicht um Launen der Natur, sondern um Lebewesen aus fr√ľheren Zeiten handelt.

Der Grenzbereich zwischen fossil und rezent wird als subfossil oder auch subrezent bezeichnet, er wird jedoch uneinheitlich gebraucht. ‚ÄěSubfossil‚Äú k√∂nnen Zeugnisse bezeichnen, die aus den letzten 10.000 Jahren stammen, in der Pal√§obotanik bezeichnet es eine unvollst√§ndige Fossilisation, also einen bestimmten Erhaltungszustand. Danach k√∂nnen selbst Floren aus dem Terti√§r als subfossil gelten.

Fossilien von Lebewesen, die nur in einem kurzen Zeitabschnitt auftraten, daf√ľr aber r√§umlich weit verbreitet waren, k√∂nnen als Leitfossilien verwendet werden. Mit ihnen kann man das Alter von Gesteinsschichten aus verschiedenen Gegenden vergleichen (Biostratigraphie). Die wissenschaftliche Erforschung der Fossilien erfolgt in erster Linie durch die Pal√§ontologie.

Einige heteromorphe Ammoniten und andere Fossilien, wie der zu den Nautiloidea z√§hlende Bischofsstab (Gattung Lituites), die eine ungew√∂hnliche Wuchsform aufweisen, werden als ‚Äěaberrante Formen‚Äú bezeichnet.

Fossilien werden unterteilt in:

  • K√∂rperfossilien: Als solche bezeichnet man vollst√§ndig erhaltene K√∂rper von Lebewesen, sowie auch deren teilweise erhaltenden Hartteile bzw. seltener auch Weichteile.
  • Steinkerne: Diese entstehen, wenn Lebewesen einen Hohlraum im Sediment hinterlassen, der sp√§ter ganz oder teilweise mit Sediment verf√ľllt wird (siehe unten).
  • Spurenfossilien: Spurenfossilien enthalten alle Hinweise auf Leben, die nicht das Lebewesen selbst betreffen. Beispielsweise Fu√üabdr√ľcke, Bewegungs- und Grabspuren (Bioturbation), Ern√§hrungsspuren (Fra√ü oder Kot), Fortpflanzungs- und Wohnspuren (Eier, Nest).

Körperfossilien werden nach ihrer Größe und den jeweils verwendeten Arbeitstechniken weiter differenziert. Die Grenzen sind dabei fließend:

Entstehung von Fossilien - Fossilisationslehre

Die Fossilisationslehre (Taphonomie) ist die Lehre, die sich mit der Entstehung von Fossilien beschäftigt. Da der abgestorbene Organismus (oder Hinterlassenschaften) mehrere Phasen durchläuft, bevor die Fossilisation abgeschlossen ist, benutzt die Fossilisationslehre die Erkenntnisse verschiedener anderer Disziplinen.

Bedeutung der Fossilien f√ľr die Evolutionslehre

Dokumente der Lebensgeschichte

Die gefundenen Fossilien sind in ihrer Vielfalt eines der wichtigsten Argumente f√ľr die Evolutionstheorie. Sie zeigen uns, dass im Laufe der Geschichte des Lebens unz√§hlige 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 bl√ľhende, aber nachkommenslos erloschene Tier- und Pflanzengruppen.

Zeugen vergangener Lebensräume

Fossilien dienen als Hinweise auf ehemalige geographische und √∂kologische Verh√§ltnisse also der ehemaligen Umwelt oder Pal√§oumwelt, mit der sich die Pal√§o√∂kologie besch√§ftigt, denn jedes Lebewesen ist an einen bestimmten Lebensbereich gebunden und gibt uns als Fossil au√üerdem Auskunft √ľber die besonderen Umst√§nde, die zu seiner Erhaltung gef√ľhrt haben.
Die Reste der verschiedenen Pflanzen- und Tiergruppen treten nacheinander in der Abfolge der Gesteine auf. √Ąltere Gesteinsschichten enthalten Fossilien einfacher gebauter Lebewesen, in j√ľngeren Schichten findet man Reste h√∂herentwickelter Lebewesen. Dadurch kann man bestimmen zu welcher Zeit Tiere oder Pflanzen gelebt haben. Trotzdem ist die √úberlieferung nur l√ľckenhaft, weil nur wenige Organismen fossil werden und wenn, dann auch nur die Hartteile. So gibt es fast keine √úberlieferungen von hartteillosen Organismen.

Lebende Fossilien

Auch die so genannten ‚Äělebenden Fossilien‚Äú sind f√ľr die Evolutionsforschung von Bedeutung. Ein lebendes Fossil ist eine Tier- oder Pflanzenart, die sich in ihrem grundlegenden K√∂rperbau (Morphologie) von ihren Vorfahren nur unwesentlich unterscheidet, also viele Merkmale erdgeschichtlich lange zur√ľckliegender Evolutionsstadien in ihrem Erscheinungsbild konserviert hat. Das hei√üt ihr Grundbauplan hat sich mit den Jahren der Evolution (seit mindestens 10 000 Jahren) nicht ver√§ndert. Das erm√∂glicht Pal√§obiologen R√ľckschl√ľsse auf die Lebensweise und das Aussehen der ausgestorbenen Vorl√§ufer dieser Lebewesen zu ziehen.

Lebende Fossilien kommen vorwiegend als endemische Arten in isolierten Teilen der Erde vor, so auf Inseln, der Tiefsee oder tropischen Urw√§ldern. Derartige Lebensr√§ume k√∂nnen hinsichtlich der Umweltbedingungen √ľber viele Jahrmillionen weitgehend unver√§ndert bleiben, dadurch wirkte auch die biologische Selektion immer gleich. Ohne den Zwang zur Anpassung an neue Verh√§ltnisse stagniert auch die evolution√§re Entwicklung und die Art ver√§ndert sich morphologisch kaum mehr. Ein gutes Beispiel f√ľr derartige Sonderentwicklungen in isolierter Lage ist der Inselkontinent Australien und seine spezifische Fauna. Nach der Aufl√∂sung Gondwanas in die einzelnen Erdteile durch plattentektonische Kr√§fte, driftete die Australische Platte lange Zeit weitgehend isoliert in √∂stliche Richtung, ein Kontinente √ľbergreifender Artenaustausch fand nicht mehr statt. In der Abgeschiedenheit Australiens konnten somit Taxa (systematische Gruppen) von Tieren √ľberdauern, die sonst fast √ľberall ausgestorben sind, wie etwa die Kloakentiere (Protheria). Auch die Beuteltiere (Metatheria) bestanden hier fort und bilden eine artenreiche Gruppe, w√§hrend es mit Ausnahme weniger Arten in Amerika auf der Erde sonst keine Vertreter dieser einstmals weit verbreiteten Gruppe mehr gibt. Zu den lebenden Fossilien geh√∂ren neben den Beuteltieren und Kloakentieren beispielsweise die Krokodile und Schildkr√∂ten, der Quastenflosser Latimeria sowie einige Eidechsen- und Schlangenarten. Bei den Pflanzen z√§hlen Ginkgo biloba und der Urweltmammutbaum (Metasequoia glyptostroboides) als urt√ľmliche Arten zu den lebenden Fossilien.

Methoden zur Altersbestimmung von Fossilien

Um den Ablauf der Evolution zu klären, muss man das Alter der Fossilien bestimmen. Es gibt dabei verschiedene Methoden der Altersbestimmung. Man kann sie unterscheiden in:

  1. Radiometrische Altersbestimmung
  2. Stratigraphische Altersbestimmung
  3. Altersbestimmung durch Leitfossilien

Radiometrische Altersbestimmungen

Die Entdeckung der Radioaktivit√§t (1896) er√∂ffnete die M√∂glichkeit der radiometrischen Altersbestimmung, die anders als die anderen Verfahren absolute Zeitangaben liefert und somit das Wissen √ľber die Evolution entscheidend beeinflusste.

Grundlegende Theorie: Die Atome radioaktiver Isotope, beispielsweise von Uran (U) und Thorium (Th), zerfallen gesetzm√§√üig zu nichtradioaktiven Isotopen. Im einfachsten Fall wird bei der radiometrischen Altersbestimmung das Mengenverh√§ltnis aus Mutter- zu Tochterisotop in einem Gestein oder Mineral festgestellt, woraus das Alter berechnet werden kann. In der Praxis werden jedoch meist standardm√§√üig kompliziertere Methoden, wie etwa die Isochronenmethode, angewendet, mit welchen die Zuverl√§ssigkeit eines gemessenen Alters sichergestellt werden kann. Das Ergebnis bedarf sorgf√§ltiger geologischer Interpretationen, so muss das datierte Ereignis nicht unbedingt der Bildung des Gesteins entsprechen, es kann z.¬†B. auch sp√§teren Ereignissen wie etwa Gesteinmetamorphosen entsprechen, welche in der Lage sind, die radiometrische Uhr ‚Äězur√ľckzustellen‚Äú.

Kohlenstoff-14-Methode (Radiokarbonmethode): Durch Stoffwechselprozesse bleibt das Niveau von Kohlenstoff 14 in einem lebenden Organismus in konstantem Gleichgewicht mit dem Niveau der Atmosph√§re 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 Atmosph√§re ersetzt. Der schnelle Zerfall von Kohlenstoff 14 (Halbwertszeit 5.730 Jahre) begrenzt im Allgemeinen den Datierungszeitraum auf ungef√§hr 50.000 Jahre, in manchen F√§llen kann er bis 70.000 Jahre erweitert werden. Die Unsicherheit bei der Messung erh√∂ht sich mit dem Alter der Probe, da √ľber lange Zeit durch Diffusion Kohlenstoff aus dem umgebenden Gestein aufgenommen werden kann und sich so der Wert verf√§lscht.

Kalium-Argon-Methode: Mit dem Zerfall von radioaktivem Kalium 40 zu Argon 40 und Calcium 40 k√∂nnen Gesteine mit einem Alter gr√∂√üer als 100.000 Jahren bestimmt werden; bei j√ľngeren Gesteinen wird das radiogene Argon von nichtradiogenen Argon verdeckt. Kalium 40 kommt in gesteinsbildenden Mineralien wie Glimmern, Feldsp√§ten und Hornblenden vor. Problematisch ist das Entweichen von Argon, wenn das Gestein Temperaturen √ľber 125¬įC ausgesetzt war, denn dadurch kann das Messergebnis verf√§lscht werden. Um das Problem mit dem nichtradiogenen Argon zu umgehen und eine Verf√§lschung durch hohe Temperaturen auszuschlie√üen, wurde die Argon-Argon-Technik entwickelt. Damit k√∂nnen auch j√ľngere Gesteine datiert werden; beispielsweise wurde mit dieser Technik f√ľr die Zerst√∂rung Pompejis durch den Ausbruch des Vesuvs ein Alter ermittelt, welches mit historischen Aufzeichnungen sehr gut √ľbereinstimmt.

Rubidium-Strontium-Methode: Mit dieser sehr genauen und zuverl√§ssigen Methode k√∂nnen die √§ltesten Gesteine datiert werden. Sie basiert auf dem Zerfall von Rubidium 87 zu Strontium 87 und wird h√§ufig auch daf√ľr eingesetzt, um Kalium-Argon-Datierungen zu √ľberpr√ľfen, da sich Strontium bei geringer Erw√§rmung nicht verfl√ľchtigt, wie es beim Argon der Fall ist.

Methoden mit Blei: Das Blei-Alpha-Alter wird bestimmt, indem man den Gesamtbleigehalt und die Alphateilchenaktivit√§t (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 f√ľr Thorium 232 bis Blei 208 kann man drei voneinander unabh√§ngige Altersangaben f√ľr die gleiche Probe erhalten. Die ermittelten Blei-206- und Blei-207-Verh√§ltnisse k√∂nnen in das so genannte Blei-Blei-Alter umgewandelt werden. Die Methode wird am h√§ufigsten f√ľr Proben aus dem Pr√§kambrium benutzt und liefert die genauesten Alter.

Schichtenabfolgen im Gestein (Stratigraphie)

Durch die Abfolge der Gesteinsformationen (Stratigraphie) kann man festlegen, welche Schichten √§lter und welche j√ľnger 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

Trilobiten sind wichtige Leitfossilien im Paläozoikum

Als Leitfossilien bezeichnet man Fossilien, die nur in einem begrenzten Abschnitt der Gesteinsfolgen vorkommen, aber weit verbreitet waren. Schichtungen, die Fossilien derselben Art aufweisen, m√ľssen im selben Zeitabschnitt der Erdgeschichte abgelagert worden sein. Dadurch kann ein Vergleich der chronologischen Abfolge von Schichtungen erreicht werden, weshalb Leitfossilien auch ein unverzichtbares Element der Altersbestimmung in der Pal√§ontologie sind.

Fossilienarten

Steinkerne: Innenabdruck eines Geh√§uses, welches sich mit Schlamm oder Kalk gef√ľllt hat. Die Schale l√∂st sich auf und es bleibt ein Innenabruck.

Inkohlungen: Unter Luftabschluss (im Wasser) werden organische Stoffe zu Kohlenstoff zersetzt. Die Pflanze wird zersetzt und es bleiben Kohlenstoff√ľberreste.

Einschl√ľsse in Bernstein: Ein Insekt wird in Harz eingeschlossen, welches sich mit der Zeit in Bernstein umwandelt.

Ein gutes Leitfossil sollte folgende Anspr√ľche erf√ľllen:

  • weite geographische Verbreitung
  • weitgehende Unabh√§ngigkeit von Gesteinsausbildung (Fazies)
  • leichte Kenntlichkeit
  • h√§ufiges Auftreten

Wichtige Beispiele sind einige

und einige Arten von

Beide Tiergruppen besiedelten einst die riesige Tethys unseres Planeten.

Bekannte Fundstätten von Fossilien in Deutschland

Prachtk√§fer aus der Grube Messel mit Erhalt der urspr√ľnglichen Strukturfarben

Fossilien befinden sich oft in nat√ľrlichen Aufschl√ľssen (Gestein tritt an die Erdoberfl√§che) oder k√ľnstlichen Aufschl√ľssen (zum Beispiel Steinbr√ľche, beim Stra√üen- oder Tunnelbau).

Ber√ľhmte Fossilien

Nicht nur Dinosaurierfunde professioneller Pal√§ontologen wurden ber√ľhmt, bedeutende Funde sind auch Hobbypal√§ontologen zu verdanken. So zum Beispiel die verschiedenen Exemplare des ‚ÄěUrvogels‚Äú Archaeopteryx aus dem Solnhofener Plattenkalk. Ein weiteres Beispiel ist das ungew√∂hnlich vollst√§ndige Skelett ‚ÄěAL 288-1‚Äú eines weiblichen Australopithecus afarensis, genannt ‚ÄěLucy‚Äú. F√ľr seine ungew√∂hnliche Erhaltung bekannt wurde der im Eis konservierte K√∂rper des Steppenbisons ‚ÄěBlue Babe‚Äú. Der weltgr√∂√üte Ammonit (Kopff√ľ√üer) Parapuzosia seppenradensis mit √ľber 170 Zentimeter Geh√§usedurchmesser befindet sich heute im Naturkundemuseum M√ľnster.

Fossilienfälschungen

In der Geschichte der Pal√§ontologie kam es auch immer wieder zu bekannten F√§lschungen von Fossilien. Einer der √§ltesten F√§lle sind die W√ľrzburger L√ľgensteine aus dem 18. Jahrhundert, bei denen angebliche Fossilienfunde einem gutgl√§ubigen Forscher untergeschoben wurden. Aus j√ľngerer Zeit stammt der Fall des Archaeoraptor, eines angeblichen Bindeglieds zwischen Dinosauriern und V√∂geln.

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Einzelnachweise

  1. ‚ÜĎ Peter Wellnhofer: ‚ÄěDie gro√üe Enzyklop√§die der Flugsaurier‚Äú, Mosaik Verlag, M√ľnchen, 1993. S. 13. Aus: E. Kuhn-Schnyder (1977): ‚ÄěDie Geschichte des Lebens auf der Erde‚Äú. Mitteilungen der Naturforschenden Gesellschaft des Kantons Solothurn, 27. Der Beginn des Kambriums wird bei Wellnhofer allerdings mit 590 Mio. Jahren angegeben.

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