Scienza della Terra

Il processo in cui un organismo un tempo vivente diventa un fossile è chiamato fossilizzazione. La fossilizzazione è un processo molto raro: di tutti gli organismi che hanno vissuto sulla Terra, solo una piccola percentuale di essi diventa fossile. Per capire perché, immaginate un’antilope che muore nella pianura africana. La maggior parte del suo corpo viene rapidamente mangiata dagli spazzini, e la carne rimanente viene presto mangiata da insetti e batteri, lasciando solo ossa sparse. Con il passare degli anni, le ossa si disperdono e si frammentano in piccoli pezzi, trasformandosi alla fine in polvere e restituendo le loro sostanze nutritive al terreno. Sarebbe raro che i resti dell’antilope si conservassero effettivamente come fossili.

Sul fondo dell’oceano, un processo simile avviene quando muoiono vongole, ostriche e altri molluschi. Le parti molli si decompongono rapidamente e le conchiglie si spargono sul fondo del mare. Se le conchiglie sono in acque poco profonde, l’azione delle onde le frantuma presto in pezzi delle dimensioni della sabbia. Anche se non si trovano in acque poco profonde, le conchiglie sono attaccate da vermi, spugne e altri animali (Figura 11.5).

Per gli animali che non hanno conchiglie o ossa dure, la fossilizzazione è ancora più rara. Di conseguenza, il record fossile contiene molti animali con gusci, ossa o altre parti dure, e pochi organismi dal corpo molle. Non c’è praticamente nessun record fossile di meduse, vermi o lumache. Gli insetti, che sono di gran lunga gli animali terrestri più comuni, si trovano solo raramente come fossili. Poiché i denti dei mammiferi sono molto più resistenti di altre ossa, una gran parte dei reperti fossili di mammiferi consiste di denti. Questo significa che il record fossile mostrerà molti organismi che avevano conchiglie, ossa o altre parti dure e quasi sempre mancheranno i molti organismi a corpo molle che vivevano allo stesso tempo.

Perché la maggior parte del decadimento e della frammentazione avviene in superficie, il fattore principale che contribuisce alla fossilizzazione è la sepoltura rapida. Gli animali marini che muoiono vicino al delta di un fiume possono essere sepolti dai sedimenti trasportati dal fiume. Una tempesta in mare può spostare i sedimenti sul fondo dell’oceano, coprendo e aiutando a conservare i resti scheletrici.

Sulla terra, la sepoltura è rara, quindi di conseguenza i fossili di animali e piante terrestri sono meno comuni dei fossili marini. Gli organismi terrestri possono essere sepolti da frane o dalla cenere di un’eruzione vulcanica, o coperti dalla sabbia in una tempesta di sabbia. Anche gli scheletri possono essere coperti dal fango in laghi, paludi o torbiere. Alcuni degli scheletri meglio conservati di animali terrestri si trovano nel La Brea Tar Pits di Los Angeles, California. Anche se gli animali intrappolati nelle fosse hanno probabilmente sofferto una morte lenta e miserabile, le loro ossa sono state conservate perfettamente dal catrame appiccicoso.

Nonostante le difficoltà di conservazione, miliardi di fossili sono stati scoperti, esaminati e identificati da migliaia di scienziati. Il record dei fossili è il nostro miglior indizio sulla storia della vita sulla Terra e un importante indicatore dei climi e delle condizioni geologiche del passato. Il record fossile gioca anche un ruolo chiave nella nostra vita. I combustibili fossili come il carbone, il gas e il petrolio si sono formati dai resti decomposti di piante e animali vissuti milioni di anni fa.

Tipi di fossili

La fossilizzazione può avvenire in molti modi. La maggior parte dei fossili sono conservati in uno dei cinque processi (Figura 11.6): resti conservati, permineralizzazione, stampi e calchi, sostituzione e compressione.

Rimani conservati

La forma più rara di fossilizzazione è la conservazione del materiale scheletrico originale e persino dei tessuti molli. Per esempio, gli insetti sono stati conservati perfettamente nell’ambra, che è antica linfa d’albero. Diversi mammut e persino un cacciatore di Neanderthal sono stati scoperti congelati nei ghiacciai. Questi resti conservati permettono agli scienziati la rara opportunità di esaminare la pelle, i capelli e gli organi di antiche creature. Gli scienziati hanno raccolto il DNA da questi resti e confrontato le sequenze di DNA con quelle delle creature moderne.

Permineralizzazione

Il metodo più comune di fossilizzazione è la permineralizzazione. Dopo che un osso, un frammento di legno o una conchiglia sono sepolti nei sedimenti, possono essere esposti all’acqua ricca di minerali che si muove attraverso il sedimento. Quest’acqua depositerà minerali negli spazi vuoti, producendo un fossile. Le ossa fossili di dinosauro, il legno pietrificato e molti fossili marini si sono formati per permineralizzazione.

Muffe e calchi

In alcuni casi, l’osso o la conchiglia originale si dissolve, lasciando uno spazio vuoto a forma di conchiglia o osso. Questa depressione è chiamata stampo. Più tardi lo spazio può essere riempito con altri sedimenti per formare un calco corrispondente alla forma dell’organismo originale. Molti molluschi (vongole, lumache, polpi e calamari) si trovano comunemente come stampi e calchi perché le loro conchiglie si dissolvono facilmente.

Sostituzione

In alcuni casi, la conchiglia o l’osso originale si dissolve e viene sostituito da un minerale diverso. Per esempio, i gusci che in origine erano di calcite possono essere sostituiti da dolomite, quarzo o pirite. Se i fossili di quarzo sono circondati da una matrice di calcite, la calcite può essere dissolta dall’acido, lasciando un fossile di quarzo squisitamente conservato.

Compressione

Alcuni fossili si formano quando i loro resti sono compressi da una pressione elevata. Questo può lasciare un’impronta scura del fossile. La compressione è più comune per i fossili di foglie e felci, ma può avvenire anche con altri organismi.

Figura 11.6: Cinque tipi di fossili: insetto conservato nell’ambra, legno pietrificato, calco e stampo di una conchiglia di vongola, fossile compresso di una felce e ammonite pietrificato.

Preservazione eccezionale

Alcuni letti di roccia hanno prodotto fossili eccezionali. I fossili di questi letti possono mostrare prove di parti del corpo molli che non sono normalmente conservate. Due degli esempi più famosi di conservazione di organismi molli sono l’argillite di Burgess in Canada e il calcare di Solnhofen in Germania. L’argillite di Burgess ha 505 milioni di anni e registra la prima esplosione di organismi con guscio negli oceani della Terra. Molti dei fossili di Burgess Shale sono animali bizzarri che sembrano estranei a qualsiasi altro gruppo animale. Il calcare di Solnhofen ha 145 milioni di anni e contiene fossili di molti organismi a corpo molle che non sono normalmente conservati, come le meduse. Il fossile di Solnhofen più famoso è Archaeopteryx, uno dei primi uccelli. Anche se assomiglia ad un fossile di dinosauro, si possono chiaramente vedere le impronte delle piume (Figura 11.7).

Figura 11.7: Fossili da Lagerstätten: Archaeopteryx (sinistra) e Anomalocaris (destra). Archaeopteryx era un uccello precoce. Anomalocaris era un enorme predatore (lungo un metro) vissuto 500 milioni di anni fa.

Fossili di indice e fossili viventi

Il record fossile mostra chiaramente che nel tempo la vita sulla Terra è cambiata. I fossili in rocce relativamente giovani tendono ad assomigliare ad animali e piante che vivono oggi. Nelle rocce più vecchie, i fossili sono meno simili agli organismi moderni.

Come gli scienziati hanno raccolto fossili da diversi strati di roccia e formazioni, hanno scoperto che spesso potevano riconoscere lo strato di roccia dall’assemblaggio di fossili che conteneva. Alcuni fossili si sono dimostrati particolarmente utili per abbinare strati di roccia di regioni diverse. Questi fossili, chiamati fossili indice, sono diffusi ma sono esistiti solo per un periodo di tempo relativamente breve. Quando si trova un particolare fossile indice, l’età relativa del letto è immediatamente nota.

Molti fossili possono qualificarsi come fossili indice. Ammoniti, trilobiti e graptoliti sono spesso usati come fossili indice, così come vari microfossili, o fossili di organismi microscopici. I fossili di animali che sono andati alla deriva negli strati superiori dell’oceano sono particolarmente utili come fossili indice, poiché possono essere distribuiti in tutto il mondo.

In contrasto con i fossili indice, i fossili viventi sono organismi che sono esistiti per un periodo di tempo tremendamente lungo senza cambiare molto. Per esempio, i brachiopodi Lingulata sono esistiti dal periodo Cambriano ad oggi, un arco di tempo di oltre 500 milioni di anni! Gli esemplari moderni di Lingulata sono quasi indistinguibili dalle loro controparti fossili (Figura 11.8).

Figura 11.8: Lingula fossile (a sinistra) e Lingula moderna (a destra).

I fossili sono la nostra migliore forma di prova sulla storia della vita sulla Terra. Inoltre, i fossili possono darci indizi sui climi del passato, sui movimenti delle placche e su altri importanti eventi geologici.

Il primo indizio che i fossili possono dare è se un ambiente era marino (sott’acqua) o terrestre (sulla terra). Insieme alle caratteristiche della roccia, i fossili possono indicare se l’acqua era bassa o profonda, e se il tasso di sedimentazione era lento o rapido. La quantità di usura e frammentazione di un fossile può permettere agli scienziati di stimare la quantità di azione delle onde o la frequenza delle tempeste.

Spesso i fossili di organismi marini si trovano su o vicino ad alte montagne. Per esempio, l’Himalaya, le montagne più alte del mondo, contengono trilobiti, brachiopodi e altri fossili marini. Questo indica che le rocce del fondo marino sono state sollevate per formare enormi montagne. Nel caso dell’Himalaya, questo è successo quando il subcontinente indiano ha iniziato a confluire nell’Asia circa 40 milioni di anni fa.

I fossili possono anche rivelare indizi sul clima passato. Per esempio, fossili di piante e letti di carbone sono stati trovati in Antartide. Anche se oggi l’Antartide è ghiacciata, in passato deve essere stata molto più calda. Questo è successo sia perché il clima della Terra è cambiato, sia perché l’Antartide non è sempre stato situato al Polo Sud.

Uno dei modelli più affascinanti rivelati dal record fossile è una serie di estinzioni di massa, momenti in cui molte specie si sono estinte. Anche se l’estinzione di massa che ha ucciso i dinosauri è la più famosa, la più grande estinzione di massa nella storia della Terra è avvenuta alla fine del periodo Permiano, circa 250 milioni di anni fa. In questa catastrofe, si stima che più del 95% delle specie della Terra si estinse! La causa di queste estinzioni di massa non è conosciuta con certezza, ma la maggior parte degli scienziati crede che le collisioni con comete o asteroidi siano state la causa di almeno alcuni di questi disastri.

Riassunto della lezione

• Un fossile è qualsiasi resto di vita antica. I fossili possono essere fossili del corpo, che sono resti dell’organismo stesso o fossili di tracce, come tane, tracce o altre prove di attività.
• La conservazione come fossile è un processo relativamente raro. Le possibilità di diventare un fossile sono aumentate da una rapida sepoltura e dalla presenza di parti dure conservabili, come ossa o conchiglie.
• I fossili si formano in cinque modi: conservazione dei resti originali, permineralizzazione, stampi e calchi, sostituzione e compressione.
• Le formazioni rocciose con fossili eccezionali sono chiamate molto importanti da studiare per gli scienziati. Ci permettono di vedere informazioni su organismi che altrimenti non potremmo mai conoscere.
• I fossili indice sono fossili diffusi ma che sono esistiti solo per un breve periodo di tempo. I fossili indice aiutano gli scienziati a trovare l’età relativa di uno strato di roccia e a confrontarlo con altri strati di roccia.
• I fossili viventi sono organismi che non sono cambiati molto in milioni di anni e sono ancora vivi oggi.
• I fossili danno indizi sulla storia della vita sulla Terra, gli ambienti, il clima, il movimento delle placche e altri eventi.

Domande di ripasso

1. Quali fattori rendono più probabile che un animale si conservi come fossile?
2. Quali sono i cinque principali processi di fossilizzazione?
3. Uno scienziato vuole determinare l’età di una roccia. La roccia contiene un fossile indice e un antico parente di un fossile vivente. Quale fossile sarà più utile per la datazione della roccia e perché? L’isola di Spitzbergen si trova nell’Oceano Artico a nord della Norvegia, vicino al Polo Nord. Fossili di frutti tropicali sono stati trovati in depositi di carbone a Spitzbergen. Cosa indica questo?

Vocabolario

ambra Linfa d’albero fossilizzata. corpo fossile I resti di un antico organismo. Esempi includono conchiglie, ossa, denti e foglie. calco Una struttura che si forma quando i sedimenti riempiono uno stampo e si induriscono, formando una replica della struttura originale. fossile Qualsiasi resto o traccia di un antico organismo. combustibile fossile Un combustibile che si è formato dai resti di antichi organismi. Esempi sono il carbone, il petrolio e il gas naturale. fossilizzazione Il processo di diventare un fossile. fossile indice Un fossile che identifica e mostra l’età relativa delle rocce in cui si trova. I fossili indice provengono da specie che erano diffuse ma che sono esistite per un periodo di tempo relativamente breve. fossile vivente Una specie o un genere moderno che è esistito sulla Terra per milioni di anni senza cambiare molto. marino Di o appartenente al mare. estinzione di massa Un periodo di tempo in cui un numero insolitamente alto di specie si è estinto. microfossile Un fossile che deve essere studiato con l’aiuto di un microscopio. stampo Un’impronta lasciata nei sedimenti dalle parti dure di un organismo. permineralizzazione Un tipo di fossilizzazione in cui i minerali si depositano nei pori delle parti dure originali di un organismo. terrestre Di o appartenente alla terra. traccia fossile Prova dell’attività di un antico organismo. Gli esempi includono tracce, tracce, cunicoli, tubi, fori e segni di morsi.

Punti da considerare

• Quali sono altri esempi di creature mitiche che possono essere basate su fossili?
• Perché è così raro che un animale si conservi come fossile?
• Alcuni organismi si conservano più facilmente di altri. Perché questo è un problema per gli scienziati che studiano gli ecosistemi antichi?
• Perché gli esempi di straordinaria conservazione dei fossili sono così preziosi per gli scienziati?
• Molti fossili di organismi marini sono stati trovati in mezzo ai continenti, lontano da qualsiasi oceano. Quale conclusione puoi trarre da questo?