Fossilien

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Bild:Fossilie.jpg

Bild:Fossil-insekten1.jpg Bild:Ammonit aus Pyrit.jpg Fossilien (von lat. fossilis „(aus)gegraben“, früher auch als Petrefakten bezeichnet), sind alle Zeugnisse vergangenen Lebens.

Deratige Dokumente aus erdgeschichtlicher Vergangenheit können sowohl körperliche Überreste (Körperfossilien) als auch Zeugnisse der Aktivität von Lebewesen (Spurenfossilien) sein, die älter als 10.000 Jahre sind und sich somit einem geologischen Zeitalter vor dem Beginn des Holozäns zuordnen lassen. In der Biologie und Paläontologie werden die fossilen Arten, die bis zur Wende Pleistozän/Holozän ausstarben, den rezenten Arten gegenüber gestellt, denjenigen also, die heute noch leben oder erst im Laufe des Holozäns ausstarben.

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 Biomasse. Es muss dabei jedoch bedacht werden, dass auch jegliche Spuren von Lebewesen dieses Alters, also unter anderem Abdrücke und versteinerte Exkremente (Koprolithe), zu den Fossilien gezählt werden.

Inhaltsverzeichnis

Begriffe und Einteilung

Die Bezeichnung „Fossil“ wurde erstmalig 1546 von Georgius Agricola in seinem Standardwerk De natura fossilium verwendet. Gängige Bezeichnungen für Fossilien waren auch „Petrefakt“ und „Versteinerung“, jedoch fälschlicherweise, da sie nur einen besonderen Erhaltungszustand eines Fossils umschreiben. Der Naturforscher und spätere Geistliche Nicolaus Steno erkannte als erster, das es sich bei Fossilien um frühere Lebewesen handelt.

Den Grenzbereich zwischen fossil und rezent wird als subfossil bezeichnet, er wird jedoch uneinheitlich gebraucht. „Subfossil“ können Zeugnisse bezeichnen, die aus den letzten 10.000 Jahre stammen, in der Paläobotanik bezeichnet es eine unvollständige Fossilisation, also einen bestimmten Erhaltungszustand. Danach können selbst Floren aus dem Tertiär als subfossil gelten.

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 (Biostratigrafie). Die wissenschaftliche Erforschung der Fossilien erfolgt in erster Linie durch die Paläontologie.

Einige heteromorphe Ammoniten und andere Fossilien wie der Bischofsstab, die eine ungewöhnliche Wuchsform aufweisen, werden als aberrante Formen bezeichnet.

Fossilien können eingeteilt werden in:

  • Körperfossilien: Als solche bezeichnet man vollständig erhaltene Körper von Lebewesen, sowie auch deren teilweise erhaltenden Hartteile bzw. seltener auch Weichteile. Man unterscheidet Makro-, Mikro- und Nanofossilien.
  • Steinkerne: Diese entstehen wenn Lebewesen einen Hohlraum im Sediment hinterlassen, der später mit anderen Sedimenten aufgefüllt wird (siehe unten).
  • Spurenfossilien: Spurenfossilien enthalten alle Hinweise auf Leben, die nicht das Lebewesen selbst betreffen. Beispielsweise Fußabdrücke, Bewegungs- und Grabspuren (Bioturbation), Ernährungsspuren (Fraß oder Kot), Fortpflanzungs- und Wohnspuren (Eier, Nest).

Entstehung von Fossilien - Fossilisationslehre

Die Fossilisationslehre (Taphonomie) ist die Lehre, die sich mit der Entstehung von Fossilien beschäftigt. Da der abgestorbene Organismus (oder seine Bewegungsspuren) mehrere Phasen durchlaufen, bevor sie Fossilien werden, benutzt die Fossilisationslehre die Erkenntnisse verschiedener anderer Disziplinen.

Siehe dazu den Fachartikel Fossilisationslehre (Taphonomie).

Bedeutung der Fossilien in der Evolution

Dokumente der Lebensgeschichte

Die Existenz von Fossilien ist eines der wichtigsten Argumente für die Evolutionstheorie. 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 Trilobiten, Ammoniten, Samenfarne oder Dinosaurier.

Zeugen vergangener Lebensräume

Fossilien dienen als Hinweise auf ehemalige geographische und ökologische Verhältnisse, also der Paläoökologie, 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 so genannte 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. 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 Radioaktivität (1896) eröffnete die Möglichkeit der radiometrischen Altersbestimmung, die anders als die anderen Verfahren absolute Zeitangaben liefert und somit das Wissen über die Evolution entscheidend beeinflusste.

Grundlegende Theorie: Die Atome radioaktiver Isotope, beispielsweise von Uran (U) und Thorium (Th), zerfallen gesetzmäßig zu nichtradioaktiven Isotopen. Bei der radiometrischen Altersbestimmung wird das Mengenverhältnis aus Mutter- zu 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 5.730 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

Bild:Trilobit 3.jpg 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, weshalb Leitfossilien auch ein unverzichtbares Element der Altersbestimmung in der Paläontologie sind.

Ein gutes Leitfossil sollte folgende Ansprüche erfüllen:

  • weite geografische Verbreitung
  • weitgehende Unabhängigkeit von Gesteinsausbildung (Fazies)
  • leichte Kenntlichkeit
  • häufiges Auftreten

Wichtige Beispiele sind die Trilobiten (Kambrium bis Devon) und die Ammoniten (Devon bis Kreide). Beide Tiergruppen besiedelten einst das riesige Urmeer unseres Planeten.

Bekannte Fundstätten von Fossilien in Deutschland

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 aus dem Solnhofener Plattenkalk, der vermutlich von gefiederten Dinosauriern abstammte.

Weiterführende Artikel

Zitate

  • „Für jenen, der die Evolution verstanden hat, ist die Welt stets so jung und frisch wie zum Zeitpunkt ihrer Entstehung.“ Thomas Henry Huxley, A Liberal Education (1868)

Weblinks

Bild:Commons-logo.svg WikiCommons: Fossilien – Bilder, Videos oder Audiodateien
Von "http://de.freepedia.org/Fossilien.html"


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