Die Paläontologie ist eine Wissenschaft, die sich u. a. mit dem Studium von Fossilien beschäftigt.
Was sind Fossilien?
Fossilien sind i. d. R. versteinerte Überreste von Lebewesen, die sich sehr häufig im alten Gestein finden lassen. Fossilien können Überreste von Knochen, Schalen, Abdrucke, Trittspuren und sogar ganze Organismen enthalten. Die Untersuchung von Fossilien erlaubt Wissenschaftlern Rückschlüsse, auf die Flora (d. h. Pflanzenwelt) und die Fauna (d. h. Tierwelt) vergangener Erdzeitalter zu ziehen. Man kann viele weitere Informationen durch das Studium von Fossilien gewinnen. Dank Fossilien wissen wir zum Beispiel, dass es früher auf der Erde viele verschiedene Dinosaurier-Arten gab, die alle ausgestorben sind.
Viele Faktoren können dazu beitragen, dass Fossilien entstehen. Der Prozess der Entstehung von Fossilien wird als Fossilisation bezeichnet. Die Fossilisationslehre oder Taphonomie beschäftigt sich auch mit der Auswertung erhaltener Fossilien und verwendet die Erkenntnisse verschiedener anderer Disziplinen (Chemie, Biochemie, Geologie, Biophysik und Physiologie).
Es gibt Methoden, die den Zeitraum der Entstehung von fossilen Funden bestimmen lassen. Diese werden Datierungsmethoden genannt. Die verschiedenen Datierungsmethoden eignen sich jeweils zur Altersbestimmung innerhalb begrenzter zeitlicher Größenordnungen. Bei radiometrischen Datierungen z. B. (C14-Datierung) wird der radioaktive Zerfall von Atomen verwendet. Hierbei handelt es sich um eine absolute Datierungsmethode. Bei stratigraphische Verfahren, wie z. B. Leitfossil-Chronologie wird anhand bestimmter Fossilien ein bestimmter Zeitraum eingegrenzt. Zusätzlich existiert eine Fülle weiterer Methoden, wie z. B. die Klimaprofilen aus Sedimenten, Pollenanalyse über Ansätze der Verbreitung rezenter Pflanzen u. v. m.
Ichnofossilien sind erhaltene Spuren von Lebewesen und gehören zu den häufigsten Fossilien. Bei diesen Spuren kann es sich um Grabspuren, Laufspuren, Fressspuren oder Kotspuren handeln. Häufig findet man Ichnofossilien an ursprünglich feuchten Sandufern mit Spuren von Tieren, die zum Trinken kamen. Die Auswertung von Laufspuren ist sehr hilfreich, so dass unter Anwendung von Erkenntnissen aus Bewegungsphysiologie besonders genau bestimmt werden kann, welche Formen von Abdrücken unter welchen Umständen zustande kommen können. Hierdurch ist es z. B. möglich Rückschlüsse auf das Gewicht des Tiers, die Laufgeschwindigkeit, die Anatomie bis hin zu etwaigen Verletzungen zu ziehen.
Die harten Schalen wirbelloser Meerestiere haben ein höheres Erhaltungspotenzial als ihr Weichkörper im Inneren des Gehäuses. Wenn der weiche Körper nach dem Tod vollständig zersetzt ist, bleibt ein hohles Gehäuse zurück, welches mit Sediment verfüllt werden kann. Wird nach der Verfüllung das eigentliche Gehäuse zerstört (aufgelöst), bleibt die zu Gestein verfestigte Sedimentfüllung nach wie vor als Ausguss übrig und wird als Steinkern bezeichnet.
Wenn die Fossilien einer Art nur in bestimmten Erdschichten vorkommen, dann können Sie zur Bestimmung des Alters dieser Erdschicht eingesetzt werden. Solche Fossilien werden als Leitfossil bezeichnet. Dabei ist zu beachten, dass Fossilien, die in tieferen Erdschichten vorkommen älter sind, als Fossilien, die in höheren (jüngeren) Erdschichten vorkommen.
Ein Beispiel: Die Trilobiten entstanden vor ca. 550 Mio. Jahren und starben vor ca. 250 Mio. Jahren aus. Wenn in einer Erdschicht Trilobit-Fossilien gefunden werden, dann müssen diese Erdschichten auch zwischen 550 und 250 Mio. Jahren alt sein. Das ist dann auch unabhängig von dem Fundort, d. h. es ist egal, ob ein Trilobit-Fossil in Afrika, Asien, Amerika oder sonst wo gefunden wird. Die entsprechenden Erdschichten wären dann zwischen 550 und 250 Mio. Jahren alt.
Die relevanten Merkmale der Art sollten nur kurze Zeit existiert haben, um eine möglichst präzise Datierung zu ermöglichen. Zusätzlich sollte die Art in möglichst unterschiedlichen Lebensräumen existiert haben und in möglichst vielen unterschiedlichen Gesteinstypen zu finden sein. Eine geographisch weite Verbreitung der Fossilien hilft entfernte Schichten, wie z. B. in Afrika und Australien miteinander zu vergleichen. Natürlich sollten die Fossilien möglichst leicht und eindeutig bestimmbar sein. Je höher die Anzahl der Fossilien, desto besser. Je weniger diese Anforderungen erfüllt werden, desto geringer ist der Nutzen als Leitfossil.
Lebende Fossilien oder auch Dauerformen genannt, sind Organismenarten, deren Körperbau sich im Rahmen der Jahrmillionen kaum verändert hat. Der Begriff lebendes Fossil ist ein Widerspruch, da wir gelernt haben, das Fossilien versteinerte Überreste längst verstorbener Organismen sind.
Beispiele für lebende Fossilien sind das Schnabeltier, der Quastenflosser (Latimeria) und der Ginkgobaum.
Lebende Fossilien haben sich im Laufe von Jahrmillionen kaum verändert. Man findet sie in ähnlicher Form auch als Fossilien wieder. Der Grund dafür ist, dass sich deren Lebensraum kaum verändert hat.
Wie Fossilien helfen
Rekonstruktion des Körperbaus eines ausgestorbenen Lebewesens
Gut erhaltene Fossilien zeigen den kompletten Körperbau eines ausgestorbenen Lebewesens und helfen anatomische Unklarheiten zu beseitigen.
Ein gutes Beispiel hierzu ist der Iguanodon (ein Dinosaurier, der auf zwei Beinen ging). Ausgrabungen haben hornartige Strukturen zu Tage befördert, die vermuten ließen, dass Iguanodon, wie ein Nashorn, einen Horn auf dem Schädel besitzt. Die Ausgrabung eines ganzen Iguanodon Fossiles zeigte aber, dass die hornartige Struktur am Daumen des Tieres wuchs.
Rekonstruktion on Abwandlungsreihen
Fossilien können besonders hilfreich sein, wenn es darum geht den genauen Verlauf der Evolution einer Art zu verstehen. Ein besonders gutes Beispiel hierfür ist die Entstehung von Walen aus Vorfahren, die auf dem Land gelebt haben. Ein gutes Beispiel dafür, wie Fossilien helfen die Entstehung bzw. Abwandlung von Arten zu verstehen, ist die Evolution von Walen und Delphinen.
Wissenschaftler vermuteten schon sehr früh, dass Wale und Delphine von Säugetieren stammen, die auf dem Land gelebt haben. Die nächsten Verwandten von Walen und Delphinen sind Nilpferde. Aber die große Frage war, wie hat diese Verwandlung stattgefunden?
Durch Fossilfunde konnten viele unbekannte Zwischenformen (sogenannte missing links) identifiziert werden (s. Abbildung). Mit deren Hilfe kann die Entstehung von Walen in mehreren kleinen Schritten von ursprünglichen Landwirbeltieren bis hin zu ihrer heutigen Form erklärt werden. Da aber alle diese Zwischenformen ausgestorben sind, ist es schwer sich ohne diese Übergangsformen vorzustellen, wie Wale aus Landsäugetieren entstanden sind.
Was ist eine Abwandlungsreihe?
Bei einer Abwandlungsreihe (auch Entwicklungsreihe genannt) handelt es sich um einen Stammbaum, der viele Vorgänger einer Art und somit viele Zwischenformen enthält. Anhand einer Abwandlungsreihe kann die schrittweise Evolution einer Art in die heutige Form nachvollzogen werden. Berühmte Abwandlungsreihen sind z. B. die Entstehung des heutigen Pferdes, der heutigen Wale, der Elefanten und Mammuts und viele weitere Tierarten.
Falls die Evolutionstheorie korrekt ist, dann müsste die Verwandschaft von weit entfernten Organismengruppen, die eine gemeinsame Abstammung aufweisen, durch Zwischenformen zu belegen sein. Bei den Brückentieren (auch Zwischenformen, Übergangsformen oder Mosaikformen genannt) handelt es sich gerade um solche Lebewesen, die Eigenschaften von zwei verschiedenen Organsimengruppen teilen.
Bei der Evolution von Walen sind gemäß der Abbildung Pakicetus, Ambulocetus, Rodinocetus und Dorudon die Zwischenformen. Sie haben (in unterschiedlichen Evolutionsstufen) jeweils Merkmale von Landwirbeltieren und Merkmale von Walen. Sie sind alle ausgestorben. In anderen Abschnitten werden wir lernen, dass es auch Brückentiere gibt, die noch leben (z. B. lebende Fossilien).