Evolution: Paläontologie

Interessierte: Was ist Paläontologie?

Inhalt

Im folgenden wird erklärt, was Fossilien sind und was man über ihre Entstehung und ihre Umwelt sagen kann.

Fossilien

Fazies – die Umwelt der Fossilien

Entstehung von Fossilien

Bruchstückhaftigkeit von Fossilfunden

Häufigkeit der Funde

Artbegriff in der Paläontologie

Fossilien

Fossilien sind Überreste von Lebewesen und ihren Spuren aus der geologischen Vergangenheit (Abb. 22). Die Wissenschaft, die sich mit ihrer Erforschung beschäf-
tigt, ist die Paläontologie. Während die Biologie die Vielfalt der heute lebenden Arten und ihre Lebensweise bis hinunter zur molekularen Ebene studiert, erforscht die Paläontologie die Tier- und Pflanzenwelt vergangener Lebensräume unserer Erde. Die Paläontologie versteht sich daher auch als eine Wissenschaft von den Ursprüngen.

Nach den Vorstellungen der Evolutionslehre sollen sich die einzelnen Organisa-
tionstypen nach und nach auseinander entwickelt haben. In diesem Deutungsrah-
men wird erwartet, dass Bindeglieder zwischen verschiedenen Grundtypen und höheren systematischen Einheiten vorhanden waren und mit steigender Anzahl der entdeckten fossilen Formen auch geborgen werden. Deshalb lautet eine wich-
tige Frage für die Evolutionsforschung: Ist anhand von Fossilien Makroevolution ableitbar?

Weil die Paläontologie eng mit der Geologie gekoppelt ist, ergeben sich in diesem Zusammenhang auch Fragen zur Länge der erdgeschichtlich verflossenen Zeit.

Fazies – die Umwelt der Fossilien

Fossillagerstätten enthalten in der Regel Angehörige ganzer Lebensgemeinschaf-
ten, d.h. ehemaliger Ökosysteme. Ein Beispiel dafür sind die Steinkohlen-
wälder des Oberkarbons oder die marinen (=zum Meer gehörenden) Fossilgemeinschaften des gotländischen Silurs (vgl. Abb. 36). Manchmal sind allerdings Mitglieder verschiedener Lebensbereiche (Landlebewesen und Meereslebewesen) zusammen begraben worden, so z. B. in den Solnhofener Plattenkalken (vgl. Abb. 34), wo neben Zweigen von Landpflanzen zahlreiche Insekten (besonders Libellen und Heuschrecken) gemeinsam mit marinen Organismen eingebettet wurden. Doch normalerweise erwartet man unter den Fossilien einer marinen Lebensgemeinschaft keine zum Süßwasser gehörenden Arten, desgleichen unter Angehörigen einer tropischen Lebensgemeinschaft keine Arten, die in einem gemäßigten Klima lebten.

Unter der Fazies eines Gesteins versteht man die Ausprägung, die ein Sediment (=schichtweise abgelagertes Gestein) bei seiner Bildung erhalten hat. Bezüglich des gesteinskundlichen Aufbaus spricht man von Lithofazies, bezüglich seines Fossilieninhaltes von Biofazies. Die Fazies gibt Aufschluss darüber, in welcher Umwelt das nun versteinerte Lebewesen einstmals lebte. Allerdings sind Aussagen darüber oft unsicher. Umgekehrt kann das Vorkommen eines bestimmten Fossils, dessen heutige Umweltansprüche bekannt sind, dazu dienen, die Fazies eines Gesteins mit anzugeben. Auch muss z. B. das Gestein einer marinen Fazies nicht zugleich der an Ort und Stelle verschüttete Lebensraum aller darin enthaltenen Fossilien sein; ein solcher Lebensraum muss aber in geringerer oder größerer Entfernung vom Einbettungsort existiert haben. Abb. 36 zeigt Fossilien einer marinen Fazies. Wenn Gesteine verschiedener Fazies aufeinander folgen, so kann dies bedeuten, dass sich die Umwelt im Bereich des Liefergebiets dieser Gesteine ebenfalls geändert hat.

Entstehung von Fossilien

Lebewesen können nur dann fossil werden, wenn sie verschüttet und dadurch vom Luftsauerstoff abgeschlossen werden. Eine solche Verschüttung und mit ihr die Ablagerung von Lebewesen erfordert vorher eine Abtragung von Gestein. Das Gestein wird z. B. in einem Wasserstrom verkleinert und großen Seen- und Meeresbecken zugeführt. Dort wird es abgelagert und kann sich unter bestimmten Bedingungen durch physikalische und chemische Prozesse verfestigen. Wenn Lebewesen in einen solchen Transportstrom geraten bzw. am Ort der Abtragung oder der Ablagerung sesshaft waren, können sie eingebettet und fossilisiert werden.

Durch die Verschüttung wird die völlige bakterielle Zersetzung und Auflösung der eingeschlossenen Organismen verhindert (s. Abb. 23). Sauerstoffunabhängige Bakterien können dann an chemischen Umwandlungsprozessen beteiligt sein, bei denen die körperlichen Strukturen erhalten bleiben (z.B. Pyritisierung). Die Einbet-
tung erfolgt also in den allermeisten Fällen plötzlich. Die natürlichen Kreisläufe der Rückverwandlung organischer Stoffe in anorganische oder zumindest die völlige Zerstörung der äußeren Form wurden dabei unterbrochen.

Erhaltungsarten. Fossilien können in unterschiedlichen Erhaltungsarten vorkom-
men: z.B. Erhaltung der ursprünglichen Form (oft mit chemischer Umwandlung; Abb. 37), Steinkern (Abb. 22), Abdruck (Abb. 38) oder auch Lebensspuren (Abb. 35). Heute noch gibt es in bestimmten Fällen und unter speziellen Bedingungen Fossilbildung, etwa wenn Blätter in rasch aufgebautem Sinterkalk eingebettet werden – doch ist dies im Umfang nicht im entferntesten vergleichbar mit den Pro-
zessen, die in der Vergangenheit auf der Erde stattgefunden haben. An vielen Sedimentgesteinen ist ablesbar, dass die Fossilien in der Regel auf großräumige oder lokale katastrophische Ereignisse zurückzuführen sind.

Bruchstückhaftigkeit von Fossilfunden

Ein Gang durch Museen oder der Blick in Fossilien-Bildbände erweckt den Eindruck, dass die fossilen Überreste von Menschen, Tieren und Pflanzen meistens gut und relativ vollständig erhalten seien. Doch in Ausstellungen und Büchern finden sich gewöhnlich nur die schönsten Objekte. In Wirklichkeit ist ein Großteil der Fossilien nur sehr bruchstückhaft überliefert, so dass in vielen Fällen nicht einmal die Gat-
tungs- oder Familienzugehörigkeit bestimmt werden kann. Aufgrund der Bruch-
stückhaftigkeit der Fossilreste haben sich Zuordnungen zu sog. „Formgattungen" für einzelne Organe der Lebewesen eingebürgert. Beispielsweise unterscheidet man bei den Bärlappbäumen des Karbons Formgattungen für Zapfen, Blätter, Stämme, unterirdische Organe, Sporen u. a. Die Zuordnung isolierter Organe ist in vielen Fällen mit Unsicherheiten verbunden und oft unmöglich.

Häufigkeit der Funde

Obwohl Fossilfunde in vielen Fällen auf glückliche Umstände zurückgehen und viele Sedimente fossilleer sind, sind heute mindestens 250.000 verschiedene fossile Arten und unzählige Milliarden von Individuen bekannt. Das Argument der Lücken-
haftigkeit der Fossilüberlieferung zur Erklärung fehlender Zwischenformen ist an-
gesichts dieser Zahl kaum noch stichhaltig, wobei allerdings in verschiedenen Organismengruppen je nach Fossilisierungsmöglichkeiten die Situation unter-
schiedlich ist. So sind Fossilien von Landtieren, besonders von Wirbeltieren, ver-
gleichsweise selten; über 99% der Fossilien sind Wasserlebewesen. Trotz der Seltenheit fossiler Landwirbeltiere sind beispielsweise über 85% der heute vor-
kommenden Säugetierfamilien auch fossil bekannt (darüber hinaus noch etwa dreimal so viele ausgestorbene Familien; das Verhältnis ist bei den Vögeln und Reptilien ähnlich). Dieser hohe Anteil lässt darauf schließen, dass auch von den ausgestorbenen Familien der größte Teil gefunden worden sein dürfte, so dass für diese Gruppen die heutige Fundsituation als repräsentativ für die tatsächlich ein-
mal vorhandene Vielfalt angesehen werden kann.

Die Zahl der entdeckten Individuen ein und derselben Art kann stark schwanken. Viele Arten sind nur durch einen einzigen Fund oder nur wenige (wie z. B. beim „Urvogel" Archaeopteryx) repräsentiert, von anderen sind Tausende oder Zehn-
tausende und mehr gefunden worden (z. B. Muscheln, Ammoniten).

Artbegriff in der Paläontologie

In der Paläontologie können genetisch orientierte Artbegriffe nicht angewendet werden, da über Kreuzungsmöglichkeiten allenfalls indirekt Aussagen gemacht werden können. Daher müssen oft morphologische Artbegriffe angewendet werden. Im Sinne der phylogenetischen Systematik (Cladistik (=Methode, die auf der Basis einer Merkmalsanalyse und einer Wertung der Merkmale als „ursprünglich" und „abgeleitet" die stammesgeschichtlichen Positionen der untersuchten Arten bzw. Taxa bestimmen will.)) werden heute in der Paläontologie Arten oft als „evolutive Einheiten" aufgefasst. Artgrenzen werden danach an zwei aufeinander folgende Artaufspaltungen gesetzt – unabhängig davon, wie sehr sich die betreffende Art zwischen diesen Ereignissen verändert hat (Abb. 29). In der Praxis kommt dieser Artbegriff bei kontinuierlich überlieferten Fossilreihen zum Tragen, die sich generell im Bereich der Mikroevolution bewegen (s. Artikel Mikro- und Makroevolution). Die meisten fossilen Arten sind jedoch „als in der Zeit mehr oder weniger isoliert überlieferte Individuengruppen bekannt" (R. Willmann: Die Art in Raum und Zeit. Hamburg 1985, S. 160), so dass mangels genauerer Daten letztlich Arten in der Paläontologie vielfach doch nach morphologischen Kriterien unterschieden werden.

Autor: Reinhard Junker, 01.01.2004

 
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