Das Ziel der Paläontologie ist es, herauszufinden, wie Tiere und Pflanzen vor vielen Jahren gelebt haben. Dabei sind insbesondere Fossilien Gegenstand der Forschung. Innerhalb der Paläontologie wird die Entwicklung von bereits ausgestorbenen Lebewesen auf der Erde rekonstruiert. Dazu gehört auch die Ermittlung, wie sie mit den heutigen Lebewesen verwandt sind.
Paläontologie – Definition
Das Wort Paläontologie leitet sich von dem griechischen Wort palaios ab und bedeutet „alt“. Die Paläontologie beschäftigt sich als Wissenschaft mit Lebewesen aus dem vergangenen Erdzeitalter. Kerngebiet der Wissenschaft sind Fossilien und die sie umgebenden Gesteine.
Paläontologie in der Biologie
In der Biologie kann die Paläontologie nochmals in die Paläozoologie, Paläobotanik und Palichnologie unterteilt werden. Die Paläozoologie beschäftigt sich einerseits mit der Paläontologie von wirbellosen Tieren und andererseits mit der Wirbeltierpaläontologie. Die Paläobotanik beschäftigt sich mit fossilen Pflanzen, Pollen und Sporen. Die Palichnologie befasst sich mit fossilen Lebensspuren, wie Trittsiegel.
Als Begründer der Paläontologie gilt der französische Naturforscher Georges Cuvier (1769–1832). Er machte die vergleichende Anatomie zu einer Forschungsdisziplin, indem er systematisch alle Ähnlichkeiten und Unterschiede verschiedener Lebewesen verglich. So konnte er ganze Tierkörper rekonstruieren.
Aufgabenbereiche der Paläontologie
Paläontologen beginnen ihre Arbeit am Fundort damit, alle Daten zur Biostratigraphie und Biofaziesanalyse zu ermitteln. Außerdem sind jene Einflüsse zu ermitteln, die zwischen der Einbettung in das Muttergestein und dem Zustand der Sichtung des Fossils eingetreten sind.
Biostratigraphie
Biostratigraphie ist ein Teilbereich der Stratigraphie. Sie verwendet Fossilien, um das relative Alter von Gestein zu bestimmen sowie Abfolgen von Sedimentgestein zu korrelieren. Solche Gesteine bestehen aus Verwitterungsschutt, der von Wind und Wasser davongetragen wird. Die Sedimente der Gesteine sammeln sich besonders auf dem Meeresboden und auf dem Grund von Seen an, da hier von Flüssen viel Material angeschwemmt wird. Darunter befinden sich auch Reste von toten Tieren. Die Sedimente in Gestein erzeugen ein Streifenmuster, das du auf der Abbildung 1 sehen kannst.
Abbildung 1: Sedimentgestein im Capitol Reef National Park, Utah, USAInnerhalb der Stratigrafie werden Gesteinskörper anhand der darin enthaltenen Merkmale räumlich und zeitlich geordnet. Mithilfe der Stratigrafie kann die Erdgeschichte rekonstruiert und es können allgemein geologische Fragen gelöst werden.
Die Entstehung der Sedimente
Die jeweiligen Gesteinsschichten (Sedimente) können aus verschiedenen Materialien bestehen. So kann eine Schicht beispielsweise aus Sandstein bestehen, wenn der Wind zu Trockenzeiten Wüstensand angeweht hat. Wenn dann der Meeresspiegel so signifikant angestiegen ist, dass die Schicht von Wasser bedeckt wurde, konnten sich auf dieser Schicht Kalkschalen von Meerestieren anlagern. So entstand dann die nächste Schicht. Dieser Prozess ging dann über Millionen Jahre so weiter.
Es gibt einige Fossilien von Meeresbewohnern. So etwa eines von einem Trilobit (s. Abbildung 2). Trilobiten sind eine ausgestorbene Klasse der Arthropoda (Gliederfüßer), die unter Wasser lebten. Die Tiere wurden im Gestein luftdicht abgeschlossen, wodurch ihre Knochen und Schuppen erhalten blieben und versteinerten. Die Tiere geben also indirekt Auskunft über die Zeit, in der sich das Sediment gebildet hat.
Abbildung 2: Fossil eines Trilobit
Besonders kurzlebige Fossilien eignen sich für die Genauigkeit der biostratigrafischen Einstufung, da diese von den zugrundeliegenden Arten abhängt.
Biofaziesanalyse
Bei einer Biofaziesanalyse werden die fossil inhaltlichen Merkmale einer Gesteinsablagerung analysiert. Eine Biofazies ist das Erscheinungsbild eines Sediments, das durch einen spezifischen Fossilinhalt charakterisiert wird. Die im Stein enthaltenen Fossilien, also die Biofazies, können Auskunft zur damaligen Zeit geben. So zum Beispiel über das Klima, den Lebensraum oder auch über allgemeine Umweltbedingungen, die zu der Zeit herrschten, als die Tiere im Gestein abgelagert wurden.
Mit einer Fazies sind allgemein alle Eigenschaften eines Gesteinskörpers gemeint. Unter einem „Faziesfossil“ werden alle Fossilien verstanden, die auf bestimmte Faziesräume beschränkt sind.
Beispiel für Fasziefossilien
Kalkschwämme sind ein Beispiel für ein Faziesfossil. Bei ihnen kann festgestellt werden, dass sie in flachen Meeren leben. Kalkschwämme kommen außerdem immer in Korallenriffen vor. Fossile Riffkorallen und das Vorkommen mit anderen Flachwasser-Organismen zeigen, dass die Kalkschwämme schon immer in flachen Meeren lebten. Deshalb können sie genauer gesagt auch als Anzeiger für eine Flachwasser-Fazies gelten.
Paläontologie: Fossilien-Entstehung
Bei der Entstehung von Fossilien können je nach Art und Weise der Entstehung folgende Typen unterschieden werden:
- Abdrücke
- Versteinerungen
- Steinkerne
- Einschlüsse
- Inkohlung
- Mumifizierungen
Jedoch haben sie alle eine Gemeinsamkeit: Sie fallen alle unter den Prozess der „Fossilisation“. Zu einer Fossilisation kommt es, wenn die Organismen nicht zersetzt werden können. Eine Zersetzung erfolgt bei Anwesenheit von Sauerstoff durch Mikroorganismen. Die organische Substanz dient ihnen als Nahrung. Dieser Prozess blieb beispielsweise bei vielen Meeresbewohnern aus, da am Meeresgrund sauerstoffarme Bedingungen herrschen.
Fossilisation bei Sedimentgesteinen
Wenn die Organismen mit Sedimenten wie Ton, Kalkschlamm oder Sand bedeckt werden, entsteht hier eine Sedimentdecke, durch deren Poren Wasser fließen kann. Der Organismus reagiert dann mit dem Wasser und der Weichkörper wird dabei meist komplett abgebaut. Falls die Tiere eine Schale haben, entsteht ein Hohlraum, der entweder durch seine Sedimentkörner oder Mineralneubildungen ausgefüllt werden kann.
Organismenreste können einerseits durch Pyrit, einem Eisensulfidmineral, ersetzt werden. Hierbei spricht man von einer „Verkiesung“. Oder sie können mit Kieselsäure (SiO2) durchtränkt werden. Dies geschieht bei porösen Organismenresten. Die Gestalt des Organismusrestes härtet durch die Kieselsäure aus und wird konserviert. In diesem Fall spricht man von einer „Verkieselung“.
Wichtige Entdeckungen der Paläontologie
Anhand gewisser Fossilien können wichtige Daten, wie das Alter, ermittelt werden. Dazu eignen sich die Leitfossilien am besten. Fossilien zählen dann zu den Leitfossilien, wenn sie bestimmte Kriterien erfüllen.
Kriterien der Leitfossilien
Grundsätzlich gehören die Leitfossilien zu den wichtigsten Entdeckungen in der Paläontologie. Anhand der Leitfossilien kann nämlich eine relative Altersbestimmung vorgenommen werden. Fossilien werden unter anderem zu Leitfossilien, wenn die relevantesten Merkmale ihrer Art nur für kurze Zeit existiert haben. So ist eine möglichst konkrete Datierung erst zu ermitteln.
Egal in welcher Erde sich das Leitfossil befindet, durch sie ist klar, dass die Gesteine ungefähr gleich alt sind. Eine weitere wichtige Bedingung für ein Leitfossil ist, dass sie in möglichst vielen Lebensräumen existiert haben. So können sie in vielen verschiedenen Gesteinsfazies untersucht werden. Zuletzt sollten sie auch insgesamt in einer hohen Anzahl vorkommen.
Neben Trilobiten (s. Abbildung 2) gehören beispielsweise auch Fossilien der Ammoniten zu den Leitfossilien. Sie waren weltweit verteilt, wodurch gleiche Schichten in unterschiedlichen regionalen Räumen gut miteinander verglichen werden können. Dadurch, dass sie Meeresbewohner waren, kann durch sie die Ausbreitung des Meeres zu bestimmten Zeiträumen gut ermittelt werden.
Abbildung 3: Fossil eines Ammoniten
Altersbestimmung von Fossilien
Eine Altersbestimmung bei Fossilien kann entweder durch eine relative oder absolute Altersbestimmung durchgeführt werden. Die relative Altersbestimmung wird anhand der Lage im Sedimentgestein der Fossilien erforscht. Bei der absoluten Altersbestimmung werden die radioaktiven Zerfallsprozesse in den Fossilien-Gesteinen ermittelt.
Durch die Bestimmung mittels radioaktiven Zerfallsprozessen kann das exakte Alter gemessen werden. Dabei kann eine Uran-Blei-Datierung vorgenommen werden: Anhand der bekannten Dauer des Zerfalls von Uran zu Blei kann die Altersbestimmung von den Gesteinsproben, in denen sich dann entsprechend die Fossilien befinden, durchgeführt werden.
Paläontologie im Rahmen der Evolution
Innerhalb der Paläontologie konnte entdeckt werden, dass unter anderem die Wirbeltierklassen, wie Reptilien, Vögel und Amphibien, nicht gleichzeitig auftraten. Vielmehr sind sie auseinander hervorgegangen. Beweise hierfür sind Übergangsformen der Tiere. Sie können auch als „Mosaikformen“ oder „Brückentiere“ bezeichnet werden. Solche Tiere besaßen/besitzen sowohl Merkmale von stammesgeschichtlich älteren als auch welche von stammesgeschichtlich jüngeren Gruppen.
Der Urvogel Archäopteryx ist ein bekanntes Beispiel für solch eine Übergangsform. Die Vogelart ist aus Dinosaurierarten, die zu Reptilien gezählt wurden, hervorgegangen. Er trug einerseits Vogelmerkmale wie Flügel mit Federn und einen Greiffuß. Andererseits trug er Reptilienmerkmale wie einen Kiefer mit Zähnen, eine lange Schwanzwirbelsäule sowie Krallen an den Fingergliedern.
Abbildung 4: Fossil eines Archäopteryx
Der Quastenflosser und das Schnabeltier werden auch als „lebende Fossilien“ bezeichnet. Das liegt daran, dass der Quastenflosser Merkmale von Amphibien und Fischen trägt und das Schnabeltier, welche von Reptilien und Säugern. Beide Tierarten existieren heute noch.
Paläontologie Dinosaurier
In der Paläontologie spielen auch Fossilien von Dinosauriern eine wichtige Rolle. Sie geben Auskunft über den Planeten, wie er vor vielen Millionen Jahren ausgesehen haben könnte.
Paläontologen gruben im Jahre 1942 einen Dinosaurier der Art Dilophosaurus wetherilli in Arizona aus. Das Fossil wird auf rund 185 Millionen Jahre alt geschätzt. Es konnten Knochenbrüche und Schäden am Skelett ermittelt werden. Eine Vermutung dabei ist, dass sie durch Infektionen ausgelöst worden waren. Die Brüche könnten aber auch von einem Kampf stammen.
Paläontologie und Archäologie: Unterschied
Der Hauptunterschied zwischen der Paläontologie und Archäologie ist, dass die Paläontologie Fossilien und die Archäologie menschliche Artefakte mir ihren Überresten untersucht. Obwohl bei beiden wissenschaftlichen Disziplinen unter anderem Muscheln, Körperabdrücke, Knochen und vieles mehr untersucht werden, versucht die Archäologie nur das menschliche Leben mit ihrer Geschichte zu verstehen. Die Paläontologie dagegen fokussiert sich auf die tierischen und pflanzlichen Fossilien, um das Leben in der entsprechend geologischen Umgebung zu verstehen.
Paläntologie – Das Wichtigste
- Die Paläontologie beschäftigt sich als Wissenschaft mit Lebewesen und -welten aus dem vergangenen Erdzeitalter
- Kerngebiet der Wissenschaft sind Fossilien und die sie umgebenden Gesteine
- In der Biologie kann die Paläontologie nochmals in die Paläozoologie, Paläobotanik und Palichnologie unterteilt werden
- Als Begründer der Paläontologie gilt der französische Naturforscher Georges Cuvier (1769–1832)
- Die Biostratigrafie verwendet Fossilien, um das relative Alter von Gestein zu bestimmen, sowie Abfolgen von Sedimentgestein zu korrelieren
- Bei einer Biofaziesanalyse werden die fossilinhaltlichen Merkmale einer Gesteinsablagerung analysiert
- Anhand der Leitfossilien kann eine relative Altersbestimmung vorgenommen werden
- Bei der absoluten Altersbestimmung werden die radioaktiven Zerfallsprozesse in den Fossilien-Gesteinen ermittelt
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