1 — Was ist Paläontologie?

Paläontologie ist die wissenschaftliche Untersuchung des alten Lebens auf der Erde, hauptsächlich durch die Untersuchung von Fossilien. Zu allen Zeiten und überall haben Menschen versucht zu verstehen, was Fossilien sind. Vermutlich entstand daraus der Ursprung vieler Mythen über Drachen und fantastische Wesen auf der ganzen Welt.

1822 wurde der Begriff Paläontologie erstmals offiziell verwendet und verbreitete sich.

Paläontologie ist ein Gebiet, das Prinzipien aus Biologie und Geologie kombiniert, um Organismen zu verstehen, die in der Fernen Vergangenheit gelebt haben, Ihre Umgebungen, und wie sich das Leben im Laufe der geologischen Zeit entwickelt hat.

Die Paläontologie konnte sich in Europa und weltweit erst dann entwickeln, als die wissenschaftliche Methode stark und anerkannt genug war, um den überlieferten Überzeugungen und traditionellen Welterklärungen zu widersprechen. Allgemein gilt der französische Gelehrte Georges Cuvier als Begründer der modernen Paläontologie. Doch auch der Schweizer Louis Agassiz wird oft genannt – ein Pionier der Paläoichthyologie, also der Erforschung prähistorischer fossiler Fische.

2 — Was ist Paläontologie?

Paläontologen nutzen Fossilien, um die Entwicklung des Lebens nachzuvollziehen – von den ersten Mikroorganismen bis zu komplexen Pflanzen und Tieren.

Durch das Studium von Fossilien können wir mehr über die Anatomie, das Verhalten und die Ökosysteme ausgestorbener Organismen erfahren. Dies trägt nicht nur dazu bei, die Vergangenheit besser zu verstehen, sondern ermöglicht es uns auch, das heutige Leben einzuordnen und sogar mögliche zukünftige Entwicklungen im Lichte vergangener Umweltveränderungen vorherzusagen.“

Die Paläontologie ist ein vielfältiges Fachgebiet mit zahlreichen Spezialisierungen: Dazu gehören die Untersuchung bestimmter Organismengruppen (etwa Wirbeltiere oder Wirbellose), die Analyse mikroskopischer Fossilien (Mikropaläontologie), die Erforschung urzeitlicher Pflanzen (Paläobotanik) sowie die Untersuchung von Fossilisierungsprozessen (Taphonomie).

4 — Was ist ein Fossil?

Ein Fossil ist ein erhaltener Beweis für vergangenes Leben auf der Erde.

Dieser Beweis kann viele Formen annehmen-nicht nur Dinosaurierknochen!

Das Wort „Fossil“ kommt vom lateinischen Wort fossilis, „ausgegraben“ bedeutet.

Fossilien sind auf der ganzen Welt zu finden, zum Beispiel an berühmten Orten wie der Burgess-Formation in Kanada, der Grube Messel in Deutschland und den Sterkfontein-Höhlen in Südafrika. In der Schweiz befinden sich die bedeutendsten Fossilvorkommen am Monte San Giorgio im Tessin – dort kann man auch ein hervorragendes Fossilienmuseum besuchen.

In der Wissenschaft bezeichnet man als Fossil jede Spur oder jeden Überrest eines Organismus, der in einem geologischen Kontext erhalten geblieben und in der Regel älter als 10.000 Jahre ist.

Fossilien liefern der Forschung wertvolle Informationen über die Geschichte des Lebens, vergangene Umwelten und die Evolution der Arten.

Sie sind die wichtigste Beweisquelle, die Paläontologinnen und Paläontologen in ihrer Forschung nutzen.

5 — Was ist ein Fossil?

Es gibt viele verschiedene Arten von Fossilien. Hier sind einige Beispiele:

Körperfossilien

Das sind die erhaltenen Überreste des Körpers eines Organismus – zum Beispiel Knochen, Zähne, Muscheln oder Blätter.

Spurenfossilien

Sie liefern Beweise für die Aktivität eines Organismus, nicht für den Organismus selbst.
Beispiele dafür sind Fussabdrücke, Wohnhöhlen, Nester oder versteinerter Kot (Koprolithen).

Abdruckfossilien

Sie entstehen, wenn ein Organismus nach seiner Bestattung im Sediment zerfällt und dabei einen Hohlraum oder Abdruck seiner Form hinterlässt – etwa bei Muscheln oder Pflanzenblättern.

Gegossene Fossilien

Entstehen, wenn ein Fossil-Schimmel mit Sedimenten oder Mineralien gefüllt ist und eine Nachbildung des ursprünglichen Organismus bildet.

Molekulare Fossilien

Dies sind organische Moleküle aus alten Organismen, die in Gesteinen erhalten geblieben sind. Sie werden auch Biomarker genannt. 

Die Fossilisierung ist ein seltener Prozess, der spezielle und komplexe Bedingungen erfordert, wie beispielsweise eine schnelle Bestattung nach dem Tod des Organismus und das Vorhandensein von Mineralien. Während des Fossilisierungsprozesses mineralisieren die organischen Teile. In manchen Fällen, wie bei der Konservierung in Bernstein oder Bitumen, kommt ein zusätzlicher Prozess hinzu, der die Erhaltung des prähistorischen Organismus ermöglicht.

Harte Teile von Organismen, wie Knochen oder Schalen, bleiben eher erhalten als Weichgewebe. In Ausnahmefällen können jedoch auch Weichteile wie Federn oder Haut fossilisiert werden. Dies geschieht zum Beispiel, wenn ein Tier sofort nach dem Tod gefriert. Berühmte Beispiele sind Wollmammuts, die im Permafrost – dem dauerhaft gefrorenen Boden – konserviert wurden.

7 — Wie entstehen Fossilien?

Die Versteinerung ist, wie du jetzt weisst, ein komplexer und vergleichsweise seltener Prozess, der nur unter bestimmten Bedingungen abläuft.

Auf diese Weise bewahrt die Natur Überreste oder Spuren von Organismen über lange geologische Zeiträume hinweg.

Die häufigste Form der Fossilbildung wird als Permineralisierung oder Versteinerung bezeichnet, besonders bei harten Teilen wie Knochen oder Schalen. Typische Schritte dieses Prozesses sind:

Tod und Vergrabung

Ein Organismus stirbt, und seine Überreste werden schnell von Sedimenten wie Schlamm, Sand oder Schlick bedeckt, bevor sie vollständig zersetzt oder von anderen Tieren gefressen werden können. Eine schnelle Bedeckung ist wichtig, um die Überreste zu schützen. 

Zersetzung von Weichteilen

Die weichen Körperteile eines Organismus, wie Muskeln, Organe und Haut, zersetzen sich relativ schnell.

Verdichtung von Sedimenten

Mit der Zeit lagern sich neue Sedimentschichten ab, die Druck auf die darunterliegenden Schichten ausüben. Durch diesen Druck verdichten sich die Sedimente und verwandeln sich schließlich in Sedimentgestein.

Infiltration von Mineralien

Grundwasser, das reich an gelösten Mineralien ist, dringt in poröse Überreste, wie etwa Knochen, ein. Die Mineralien füllen die Hohlräume in der Struktur des Organismus. Mineralischer Ersatz

Mineralersatz

Über sehr lange Zeiträume wird die ursprüngliche organische Substanz allmählich durch Mineralien im Grundwasser ersetzt. Dadurch werden die Überreste zu Stein, während Ihre Form und innere Struktur erhalten bleiben.

Die Umwelt spielt eine entscheidende Rolle bei der Versteinerung.

Aquatische Umgebungen, insbesondere solche mit feinem Sediment, sind ideal für die Vergrabung und Konservierung.

Terrestrische Umgebungen sind hingegen im Allgemeinen weniger günstig für die Fossilisierung, weshalb Meeresfossilien deutlich häufiger vorkommen als solche, die von Land stammen

8 — Wie entstehen Fossilien?

Aber auch Tiere oder Pflanzen, die in Eis, Bitumen oder Bernstein konserviert sind, werden als Fossilien bezeichnet. In diesen Fällen spricht man von Fossilisierung durch Einschluss.

Dieser Fossilisierungsprozess tritt auf, wenn Organismen in Materialien oder Umgebungen eingeschlossen werden, die ihre Erhaltung ermöglichen. Abhängig von den Bedingungen lassen sich drei Arten der Einbettung unterscheiden:

10 — Die Erforschung von Fossilien

Paläontologen nutzen eine Kombination aus wissenschaftlichen Erkenntnissen, gezielter Forschung und sorgfältiger Ausgrabungstechnik, um Fossilien zu entdecken.

Oft stellen wir uns vor, dass Paläontolog:innen ein vollständiges Skelett vorsichtig freilegen... aber in Wirklichkeit bedeutet dies vor allem lange Wanderungen, viel Beobachtungsgabe und anspruchsvolle Arbeit.

Der Prozess der Fossiliensuche, oft auch als Prospektion bezeichnet, gliedert sich in mehrere zentrale Schritte:

Recherche

Paläontolog:innen beginnen damit, geologische Karten und die wissenschaftliche Fachliteratur zu studieren, um Gebiete zu identifizieren, die Sedimentgesteine des passenden Alters und Typs enthalten und potenziell Fossilien der für sie interessanten Organismen bergen könnten. 

Bestimmung potenzieller Fundorte

Sie suchen nach sichtbaren Felsvorsprüngen, an denen die Erosion die Gesteinsschichten freigelegt hat. Flusstäler, Klippen, Hänge, Steinbrüche oder Strassengräben sind typische Orte, um solche Aufschlüsse zu entdecken.

Begehung und Beobachtung

Die Prospektion besteht darin, diese potenziellen Fundorte zu Fuss zu erkunden und den Boden sorgfältig nach Fossilienfragmenten zu absuchen, etwa kleinen Knochen- oder Muschelstücken, die sich von den Gesteinen gelöst haben. Solche Fragmente werden oft als „Float“ bezeichnet. 

Kartierung der Fragmente („Float“)

Werden Fragmente gefunden, kartieren Paläontologen ihre Verteilung.
Auf diese Weise können sie die ursprüngliche Quelle des Fossils zurückverfolgen, die sich meist noch weiter oben im Gestein befindet. 

Erste Bewertung

Wenn ein potenzielles Fossil entdeckt wird, entfernt man vorsichtig die Erde rundherum, um seinen Zustand zu prüfen und das Ausmass des Fundes zu bestimmen.

Während in einigen Gebieten Fossilien reichlich vorhanden sind, ist in anderen eine tagelange oder sogar wochenlange Suche nötig, bevor etwas Bedeutendes zutage tritt.

11 — Die Erforschung von Fossilien

Wurde ein vielversprechender Fund gemacht, folgt die Ausgrabungsphase. Dies besteht darin, das umgebende Gestein (Matrix genannt) sorgfältig zu entfernen, um das Fossil ans Licht zu bringen.

Glück spielt ebenfalls eine Rolle: Viele bedeutende Funde stammen von Wanderern, Bauern oder Bauarbeitern, die gar nicht gezielt nach Fossilien suchten. Hier einige Beispiele:

Für die Ausgrabung variieren die Werkzeuge je nach Grösse und Zerbrechlichkeit des Fossils sowie der Härte des umgebenden Gesteins.

Dies reicht von schweren Geräten, wie Presslufthämmern zum Entfernen grosser Gesteinsmassen, bis hin zu sehr feinen Werkzeugen wie Bürsten, Spachteln, Pinzetten oder sogar zahnärztlichen Instrumenten, mit denen Fossilien präzise freigelegt werden können. 

Während der gesamten Ausgrabung werden detaillierte Aufzeichnungen angefertigt:

Fotografien, Karten des Fundorts, Notizen zur Lage und Ausrichtung des Fossils … Mary Anning und die ersten Paläontolog:innen taten dies, indem sie jeden Schritt der Ausgrabung sorgfältig zeichneten.

Diese Dokumentation ist unerlässlich, um den Kontext der Entdeckung zu verstehen und für zukünftige Forschungen.

13 — Feld-und Laborwerkzeuge

Paläontolog:innen setzen eine breite Palette von Werkzeugen und Techniken ein – sowohl vor Ort bei den Ausgrabungen als auch im Labor zur Vorbereitung und Untersuchung von Fossilien.
Vor Ort besteht das Hauptziel darin, das Fossil vorsichtig und sicher aus der umgebenden Gesteinsmatrix zu lösen.

Hämmer und geologische Meissel

Diese werden verwendet, um die grösseren Gesteinsblöcke um das Fossil herum aufzubrechen und zu entfernen. 

Bürsten

Sie sind wichtig, um Staub und Schmutz vorsichtig von der freiliegenden Oberfläche des Fossils zu entfernen und Beschädigungen zu vermeiden.
Dabei kommen sowohl harte Bürsten für die Grobreinigung als auch sehr weiche Bürsten für empfindliche Bereiche zum Einsatz. 

Zahnärztliche Instrumente und Sonden

Sie werden für besonders feine und präzise Arbeiten eingesetzt und ermöglichen das Entfernen kleiner Gesteinsstücke, die direkt am Fossil haften. 

Gips und sackleinen

Diese Materialien werden verwendet, um Schutzumschläge um große oder zerbrechliche Fossilien zu erstellen, bevor sie abgebaut werden, und stabilisieren sie während des Transports.

14 — Feld-und Laborwerkzeuge

Sobald die Fossilien im Labor ankommen, kommen weitere Werkzeuge und Techniken für die Vorbereitung, Reinigung, Reparatur und detaillierte Untersuchung zum Einsatz.

Luftgravierer (pneumatische Hämmer)

Kleine Druckluftwerkzeuge mit vibrierender Spitze, mit denen die harte Gesteinsmatrix um das Fossil herum präzise gelöst werden kann.

Sie stellen einen erheblichen Fortschritt gegenüber den manuellen Methoden dar, die vor der Erfindung dieses Werkzeugs verwendet wurden.

Mikroskope

Sie ermöglichen die Beobachtung feiner Details in der Struktur von Fossilien, etwa der Mikrostruktur von Knochen, Pollenkörnern oder Mikroorganismen. 

Klebstoffe und Verfestigungsmittel

Klebstoffe und chemische Mittel werden zur Reparatur zerbrochener Fossilien sowie zur Stabilisierung zerbrechlicher Exemplare eingesetzt. 

Sandstrahlen (Luftabrieb)

Feine, luftgetriebene Schleifpartikel werden verwendet, um die Gesteinsmatrix zu entfernen. Diese Methode ist besonders effektiv, wenn die Matrix weicher als das Fossil ist. 

Sieben

Sedimente werden durch Siebe gewaschen und gefiltert, um kleine Fossilien wie Zähne, Schuppen oder Mikrofossilien zu gewinnen.

Die Werkzeuge der Paläontolog:innen entwickeln sich ständig weiter. Heute kommen unter anderem Drohnen zur Fundortsuche und Teilchenbeschleuniger zur Analyse zum Einsatz. Auch die Methoden haben sich weiterentwickelt: So werden beispielsweise künstliche Intelligenz und Photogrammetrie – ein Verfahren zur dreidimensionalen Rekonstruktion von Objekten aus Fotos – genutzt, um Fossilien besser zu verstehen. Paläontolog:innen untersuchen alte Fossilien also mit modernsten wissenschaftlichen Mitteln!

16 — Die häufigsten Herausforderungen bei der Fossilieninterpretation

Die Interpretation fossiler Funde ist entscheidend für das Verständnis des alten Lebens, bringt jedoch mehrere große Herausforderungen mit sich.

Diese Schwierigkeiten ergeben sich sowohl aus der Natur der Fossilisierung als auch aus den begrenzten Möglichkeiten, die der Fossilienbestand bietet.

Unvollständiger Fossilienbestand

Nicht alle Organismen fossilieren, und viele Fossilien gehen im Laufe der geologischen Zeit verloren. Dies führt zu Lücken in den geologischen Archiven. 

Erhaltungs-Bias

Bestimmte Lebensräume und Organismenarten haben eine höhere Wahrscheinlichkeit, fossil erhalten zu bleiben als andere.
Beispielsweise werden Organismen mit harten Körperteilen, wie Knochen oder Muscheln, die im Meer leben, häufiger gefunden. 

Fragmentierte und deformierte Fossilien

Fossilien werden häufig nur in Fragmenten gefunden oder durch geologische Prozesse verformt, was ihre Rekonstruktion erschwert.

Besonders Weichgewebe und Verhaltensmerkmale sind schwer abzuleiten

Fossilien meist nur die harten Teile bewahren.
Die Bestimmung des Aussehens, der Farbe oder komplexer Verhaltensweisen von Weichteilen allein anhand von Knochen gestaltet sich daher oft sehr schwierig.

Datierung und Kontextualisierung von Entdeckungen

Um das Alter eines Fossils genau zu bestimmen und seinen Fundkontext zu verstehen, sind Fachkenntnisse in Geologie und Taphonomie – der Untersuchung von Fossilisierungsprozessen – erforderlich. 

Fossilien sind häufig unvollständig oder deformiert, was die Rekonstruktion des alten Lebens komplex macht. Wissenschaftler:innen müssen oft ein Skelett aus wenigen Fragmenten rekonstruieren oder die Form eines Organismus aus einem Fossil ableiten, das durch das umgebende Gestein abgeflacht wurde. Besonders schwierig ist die Bestimmung von Weichgewebe, Farbe oder Verhalten, da diese nur selten fossil erhalten bleiben.

Um diese Lücken zu schliessen, untersuchen Paläontolog:innen sowohl lebende Verwandte als auch Spurenfossilien wie Fussabdrücke oder Höhlen.

Um zu verstehen, wann und wo diese Organismen lebten, werden geologische Analysen durchgeführt, darunter radiometrische Datierungen von Gesteinen und die Untersuchung von Sedimentschichten zur Rekonstruktion ihrer ursprünglichen Umwelt.

18 — Gewonnen!