Wie kann ich zu einem Fossil werden?

Neulich, als ich den vermeintlich kleinsten Dinosaurier behandelte, der sich bei näherem Hinblick als winzige Eidechse entpuppte, kam die Frage auf, wie denn eigentlich so ein Fossil entstehe. Was genau passiert bei der Bildung eines Fossils? Wie wird es über die Zeit erhalten?

Interessant dabei ist, dass es zwar eine Menge Modellvorstellungen gibt, aber vieles noch sehr wenig erforscht ist. Erstaunlich, denn es sind schließlich die Fossilien, die uns alle Informationen über vergangenes Leben gebracht haben. Vielleicht liegt das aber auch daran, dass der ganze Vorgang der Fossilbildung recht komplex ist. Und ein ziemlich extremer Sonderfall. Denn bei all den vielen Fossilien, die wir so in unseren Museen und Sammlungen haben, sie sind verglichen mit der Anzahl vergangener Lebewesen nur sehr wenig.

Was vom Leben übrig bleibt

Bill Bryson hat es in seinem Buch“ Eine kurze Geschichte von fast allem“ sehr schön auf den Punkt gebracht. Er schrieb, dass von rund einer Milliarde Knochen nur ein einzelner als Fossil überliefert wird. Das bedeutet, dass von den rund 320 Millionen Einwohnern der USA nur gute 60 Knochen, ein knappes Viertel eines menschlichen Skeletts, übrig bleiben. Und wenn man die Fläche der USA, rund 9,8 Mio. km² betrachtet, auf der diese 60 Knochen verteilt sein könnten, kann man sich die Chance gut ausrechnen, einen davon zu finden.

Man kann davon ausgehen, dass von allen Lebewesen quer durch die Erdgeschichte nur gut 1 % als Fossil überliefert wird. Und noch weniger werden jemals von Menschen gefunden.

Dazu kommt noch, dass die Chancen nicht für jedes Lebewesen und jede biologische Struktur gleich sind, als Fossil die Zeit zu überstehen. Es gibt viele Lebewesen, deren Chancen auf fossile Überlieferung noch wesentlich schlechter sind, zum Beispiel für alle ohne harte Strukturen. Wenn ein Lebewesen harte Strukturen besitzt, können diese die Chance deutlich erhöhen. Schalen zum Beispiel. Oder Knochen und Zähne.

Auch die Größe eines Lebewesens spielt eine Rolle. Sehr kleine Lebewesen sind deutlich empfindlicher. Schon der normale Prozess der Einbettung im Sediment kann die zarten Strukturen sehr kleiner Lebewesen durch den auflastenden Druck zerstören, während sehr große Lebewesen dort überdauern können.

Betrachten wir das Ganze mal als Mensch. Wir haben da einiges auf der positiven Seite. Wir sind nicht klein, und wir haben mit unserem Skelett und besonders unseren Zähnen einiges an harten Teilen in unserem Körper. Ganz besonders die Zähne. Es ist sicher kein Zufall, dass von vielen unserer Vorfahren im weitverzweigten Baum der Hominiden viele hauptsächlich durch Zahnfunde bekannt wurden.

Des einen Tod, des anderen Brot

Einer der Haupttricks bei der Fossilwerdung ist das schnelle Begräbnis. Das ist schon aus dem Grund sehr wichtig, weil auf der Oberfläche, aber auch dicht darunter eine Menge Lebewesen gibt, die ein totes Lebewesen in n erster Linie als willkommene Mahlzeit betrachten. Und die eine erstaunliche Fähigkeit darin entwickelt haben, diese Art Mahlzeit zu finden. Daher ist alles was sich auf der Oberfläche der Erde, des Meeresbodens oder dicht darunter (so bis ca. 50 cm Tiefe) befindet, kein guter Ort, um sich als Fossil überliefern zu lassen. Man muss also deutlich tiefer, um sich nicht von jeglicher Art von Aasfressern in der Landschaft verteilen zu lassen.

Es gibt da so einige Möglichkeiten, all die kleinen Freunde posthum von sich fernzuhalten, wenn man sorgfältig sucht, und so manche Naturkatastrophe könnte gerne aushelfen. Zum Beispiel die Lahare bei Vulkanausbrüchen, die alles und jeden mit enormen Mengen an Asche und Schlamm bedecken. Getrocknet sind sie oft hart und bieten einem zukünftigen Fossil genügend Schutz.

Sehr aride Landschaften bieten auch einiges an Möglichkeiten. Die berühmten Dinosaurier Knochenansammlungen z.B. in den Badlands können davon zeugen. Hier sind größere Herden von Dinosauriern vermutlich erst im Zuge einer Trockenheit umgekommen (die auch gleichzeitig zumindest zeitweise die Aasfresser abgehalten hat), um die Kadaver anschließend durch Sturzfluren in großen Schlammmengen zu begraben.

Wasser!

Das bringt uns zu einem zweiten Punkt. Wasser sollte vorhanden sein. Es dient nicht nur als Transportmittel für den möglichst feinen Schlamm, der einen bedecken soll. Es kann das zukünftige Fossil auch selber transportieren und in Sedimentationsräumen ablagern, wo es rasch zugedeckt wird oder, noch besser, in einer möglichst anoxischen Umgebung landet.

Letzteres ist sogar noch besser, vor allem, wenn noch größere Mengen feines Sediment dazu kommen. Hier können sich oft nicht nur harte Strukturen wie Knochen, Panzer oder Zähne erhalten, sondern manchmal auch sehr empfindliche wie weiches Gewebe, Federn, Haare oder alles, was sonst schnell zerfällt.

Das bedeutet, dass entweder das Wasser selber anoxisch sein sollte, oder zumindest das Sediment, in dem man eingebettet wird. Letzteres bedeutet, dass man sehr rasch mindestens einen halben Meter über sich bringen muss, denn das ist so ungefähr die maximale Tiefe, bis zu der größere Lebewesen wie Krabben oder Würmer ihre Bauten errichten. Abgesehen davon, dass viele von diesen einer Mahlzeit nicht abgeneigt sind (und dass will man als zukünftiges Fossil ja nicht sein), bringen sie auch gerne sauerstoffreiches Wasser in diese Tiefe.

Der große Umbau

Jetzt hat man die erste Hürde genommen. Man ist schnell aus dem Bereich der Aasfresser und des Sauerstoffes entwichen. Man hat also schon einmal ziemlich gute Chancen, zu einem Subfossil zu werden, vergleichbar den Überresten der pleistozänen Lebewelt (also ca. bis 50 000 Jahre alt).

Wenn man aber als Fossil auch gleich mehrere Millionen Jahre überdauern will, sollte man dafür sorgen, dass die eigenen Knochen möglichst rasch durch noch härtere Substanzen ersetzt werden. Auch hier kann Wasser eine gute Hilfe darstellen, ganz besonders, wenn es reich an Mineralstoffen ist.

Hier gilt die Prämisse: je mehr und schneller, desto besser. Das ist jetzt vielleicht ein klein wenig im Widerspruch zu dem oben gesagten. Denn während feines Sediment den Sauerstoff fernhält und dadurch zur Erhaltung beiträgt, kann es gleichzeitig den Durchfluss des mineralstoffreichen Wassers bremsen und den Prozess der Fossilisation wieder bremsen. Hier wäre porenreiches Sediment, etwa ein gröberer Sand, von Vorteil. Dabei würde vielleicht das weichere Gewebe verloren gehen.

Bei der Mineralisierung sollte man eventuell nicht nur auf Geschwindigkeit achten, sondern auch auf Härte. Und ganz besonders, wenn man als Fossil auch gerne wieder von zukünftigen Generationen geborgen werden möchte, auf Witterungsbeständigkeit. Das sind jetzt schon mehrere Wünsche, die sich nicht immer problemlos unter einen Hut bringen lassen.

Mineralisierung – vom Werden eines Fossils

Viele wasserlösliche Stoffe, wie Gips, aber auch Calciumcarbonat lassen sich gut ausfällen, sie sind hart aber auch nicht so Witterungsbeständig an der Erdoberfläche. Sehr gut sind auch eisenreiche Minerale, denn sie sind nicht nur sehr hart, sie können auch oft der Verwitterung länger Widerstand leisten. Auch silikatische Minerale sind ein guter Weg, dauerhaft zu werden. Wer seinem zukünftigen Fossil noch gerne einen individuellen Touch geben will, sollte dafür sorgen, dass auch Kupfer oder eventuell Nickel im Angebot ist. Dies kann der ganzen Sache noch etwas Farbe geben.

Die Mineralisierung von biologischen Stoffen kann, je nach der Verfügbarkeit von Mineralstoffen und der Transportgeschwindigkeit schnell, aber auch sehr langsam vonstattengehen. Generell heißt es in den Lehrbüchern meist, dass dieser Prozess durchaus einige Millionen Jahre in Anspruch nehmen.

Das mag sicher so sein, aber wie oben angedeutet, ist schneller für den Erhalt des Fossils immer besser. Denn das Fossil wird sicher im Laufe der Zeit (auch das deutete ich oben bereits an) sehr rasch von immer mehr Sediment bedeckt. Es gibt keinen Grund anzunehmen, dass dies nur für die Tage nach dem Ablagern des Fossils gelten könnte.

Mächtige Sedimentschichten bedeuten aber auch sehr viel Druck. Und um dem auf die Dauer zu widerstehen, sollte das Fossil möglichst stabil sein, und eine rasche und gute Mineralisation kann da nur nützen.

Bakterien, unsere Verbündeten

Zum Glück gibt es hier auch Verbündete. In Versuchen mit Pflanzenfossilien hat sich gezeigt, dass die Mineralisation mit Pyrit sehr rasch einsetzen kann. Hier helfen anaerobe Bakterien dabei, pflanzliches Gewebe zu zersetzen, das dann durch Pyrit ersetzt wird [Grimes et al. (2001)]. Vermutlich dürfte ähnliches auch für tierische Gewebe gelten.

Überhaupt ist es nicht so, dass Leben ein natürlicher Feind eines Fossils ist. Gerade anaerobe Bakterien können auch helfen, sonst nur schwer erhaltungsfähige Teile zu überliefern. Das wird zum Beispiel bei vielen Fossilien der Grube Messel deutlich, bei denen Bakterien viele weiche Gewebeteile so mit ihren Abbauprodukten mineralisiert haben, dass sie uns heute sehr viel über die Biologie der Lebewesen erzählen können. In vielen Fällen spielen Biofilme eine Rolle, welche die Ausfällung von Mineralstoffen aus den Lösungen fördern und auf diese Weise oft auch feine, sonst nicht überlieferungsfähige Strukturen erhalten [Dunn et al. (1997)]. Es ist also nicht unbedingt von Vorteil, in einer sterilen Umgebung die Zeiten zu überdauern. Auch Knochen können von Bakterien zusätzlich stabilisiert werden [Carpenter (2005)]

Weitere Möglichkeiten

Teer und Bernstein

Natürlich gibt es noch viele andere Möglichkeiten, zum Fossil zu werden. Eine wäre, sich mit Harz zu umhüllen, das im Laufe der Zeit zu Bernstein wird. Auf diese Weise luftdicht verpackt können auch sonst nicht erhaltungsfähige Strukturen gut überliefert werden. Die Zahl der in Bernstein eingeschlossenen tierischen oder pflanzlichen Überreste ist Legion. Ein gutes Beispiel ist die kleine Eidechse aus dem Bernstein aus Myanmar.

Für uns gäbe es da allerdings ein kleines Problem; unsere Größe. Für ein Lebewesen von der Größe eines Menschen müsste man schon eine ziemlich große Menge Harz auftreiben. Daher ist es auch kein Wunder, dass es hier die kleinen Lebewesen sind (oder Teile von ihnen), die hier fossil überliefert sind. Insekten, Eidechsen, Pflanzen und so weiter. Vielleicht wäre für uns eine Einbettung in Epoxidharz eine Möglichkeit…?

Als Alternative für größere Lebewesen würde sich Teer anbieten. Bekannt sind hier die Teergruben von La Brea in Los Angeles, in denen die Überreste von Säbelzahnkatzen und Mammut gefunden wurden.

Permafrost

Permafrost ist auch eine gute, wenn auch im Verlaufe des von uns selbst ausgelösten Klimawandels eine schwindende Möglichkeit. Ein bekanntes Beispiel ist Ötzi, der als Gletschermumie einige Jahrtausende überdauerte und uns heute eine Menge über die Lebensverhältnisse der späten Jungsteinzeit erzählt. Auch größere Lebewesen können gefroren lange Zeit erhalten bleiben. Mammuts, Wollnashörner und jüngst sogar ein Höhlenbär.

Karst und Höhlen

Apropos Höhlenbär. Der lebte natürlich nicht dauerhaft in Höhlen, aber er nutzte sie verschiedentlich als Platz zum Überwintern. So manches während der Winterruhe verstorbene Exemplar wurde dort später von Höhlenbesuchern gefunden und so kam das Tier zu seinem Namen. Das zeigt, dass gerade Höhlen in kalkigen Gesteinen ebenfalls keine üblen Orte sind, um zu einem Fossil zu werden. Da würde man zwar weniger mumifiziert werden, denn das würde trockene Bedingungen voraussetzen. Meist bietet aber ein Überzug aus Sinterkalk auch eine hübsche Möglichkeit, zumindest Skelettteile auf recht anmutige Weise zu erhalten.

Der Weltraum, unendliche Weiten…

Inwiefern sich der Weltraum gut eignet, kann ich leider nicht wirklich beurteilen. Sicher, Trockenheit und Kälte würden eine dauerhafte Mumifizierung ermöglichen. Die kosmische Strahlung könnte uns aber einen Strich durch die Rechnung machen. Hier müsste man sich eventuell vorher einen geschützten Ort aussuchen oder zumindest Vorkehrungen treffen.

Grabbeigaben

Das bringt uns zu der Frage, was wir denn so alles auf die Reise als Fossil mitnehmen möchten. Viele unserer Artefakte, ganz besonders die aus Kunststoff, aber auch Metall, können zukünftigen Findern mindestens ebenso viel verraten, wie unsere organischen Strukturen. Man denke auch hier wieder an Ötzi, dessen Kleidung, Werkzeuge und Waffen einen guten Einblick in Technik und Kultur der Jungsteinzeit boten.

Vermutlich sind manche unserer Artefakte sogar besser Überlieferungsfähig als unsere körperlichen Strukturen. Manche tragen wir ja auch direkt am oder sogar im Körper. Im Falle von Zeitreisenden kann das zu interessanten Verwicklungen führen, wie im Roman „Das Ölschieferskelett” von Bernhard Kegel beschrieben. Andererseits könnte man so vielleicht auch subtile Botschaften an einen potenziellen Finder des Fossils übermitteln.

Literaturverzeichnis

Grimes et al. (2001): Grimes, S.T., Brock, F., Rickard, D., Davies, K.L., Edwards, D., Briggs, D.E.G. & Parkes, R.J., Understanding fossilization: Experimental pyritization of plants, 2001

Dunn et al. (1997): Dunn, K.A., McLean, R.J.C.Upchurch, G.R. & Folk, R.L., Enhancement of leaf fossilization potential by bacterial biofilms, 1997

Carpenter (2005): Carpenter, K., Experimental investigation of the role of bacteria in bonefossilization, 2005