200301 fosylizacja wyjatkowy zbieg okolicznosci

background image

64

ÂWIAT NAUKI STYCZE¡ 2003

FOSYLIZACJA zale˝y od rozmaitych czynników. Wed∏ug jednej z hipotez, iguanodony,
których szczàtki odkryto w belgijskiej kopalni w Bernissart, zamieszkiwa∏y tereny podmo-
k∏e. Ich szkielety ogryzione przez drapie˝niki zosta∏y porwane przez powódê. Wezbrane
wody znios∏y je w miejsca ubogie w tlen, sprzyjajàce powstawaniu skamienia∏oÊci.

DELPHINE BAILL

Y

Fosylizacja

– wyjàtkowy zbieg okolicznoÊci

Przemiana martwego zwierz´cia

w skamienia∏oÊç to proces niezwykle

skomplikowany i zdarza si´ wyjàtkowo rzadko

Christiane Denys

background image

S

tado dinozaurów roÊlino-
˝ernych ucieka przed dra-
pie˝nikami. ˚adne spoÊród
sp∏oszonych zwierzàt nie
zauwa˝a rozciàgajàcego
si´ przed nimi mokrad∏a.

Grz´znà w nim i wkrótce znikajà pod
jego powierzchnià. Ponownie wychynà
na Êwiat∏o dzienne dopiero po wielu mi-
lionach lat, kiedy paleontolodzy wydob´-
dà je z kamiennego grobu w postaci ska-
mienia∏oÊci, czyli zmineralizowanych
szczàtków.

Te Êwiadectwa przesz∏oÊci cz´sto wy-

st´pujà doÊç licznie w pok∏adach pew-
nych rodzajów ska∏ osadowych. Skàd
si´ tam biorà? Czy mo˝na przeÊledziç
poszczególne etapy przeobra˝ania si´
substancji organicznej w kamieƒ? Za-
gadnieniami tymi zajmuje si´ tafono-
mia. Jej formalnym twórcà jest paleon-
tolog rosyjski Iwan Jefremow, który
w 1940 roku zauwa˝y∏, ˝e w niektórych
stanowiskach paleontologicznych pra-
dawne warstwy skalne zawierajà znacz-
nie liczniejsze i lepiej zachowane szczàt-
ki organizmów ni˝ osady wspó∏czesne.

WczeÊniej interesowano si´ niemal

wy∏àcznie anatomià porównawczà naj-
rzadszych lub najlepiej zachowanych
koÊci. Co najmniej od 1915 roku zdoby-
wano jednak informacje na temat ca-
∏ych zespo∏ów kopalnej fauny. Badania
dowiod∏y te˝ znaczenia tafonomii dla
lepszego zrozumienia g∏ównych faz ró˝-
nicowania si´ i wymierania gatunków

w zapisie kopalnym. Okaza∏a si´ ona
równie˝ istotna przy poznawaniu zasad
ewolucji zwierzàt oraz powiàzaniu jej
z przemianami Êrodowiska.

Prawdziwym pionierem tafonomii by∏

jednak niemiecki geolog Johannes
Weigelt. W 1927 roku opublikowa∏ dzie-
∏o, w którym analizowa∏ mechanizmy
Êmierci, rozk∏adu cz´Êci mi´kkich, roz-
padu szkieletu (rozcz∏onkowania jego
elementów pierwotnie po∏àczonych sta-
wowo), transportu zw∏ok i ich grzeba-
nia w ró˝nych Êrodowiskach. Porówny-
wa∏ tak˝e rozmieszczenie przestrzenne
szkieletów z rozmaitych stanowisk pale-
ontologicznych. Pierwszy powiàza∏ roz-
mieszczenie i kompletnoÊç szczàtków
z okolicznoÊciami Êmierci zwierz´cia
oraz warunkami poÊmiertnymi. Do roz-
woju tafonomii przyczyni∏o si´ te˝
ugruntowanie poglàdu, ˝e zwierz´ta
znajdowane w jakimÊ stanowisku wy-
kopaliskowym nie muszà pochodziç z te-
go samego miejsca. Na Zachodzie uzna-
no jà ostatecznie za nauk´ w latach
siedemdziesiàtych.

PrzeÊledêmy teraz dok∏adniej mecha-

nizmy tafonomiczne, poczynajàc od
Êmierci osobnika po wydobycie skamie-
nia∏oÊci, które mo˝na oglàdaç w mu-
zeach. Pierwszy etap obejmuje rozk∏ad
tkanek mi´kkich i rozcz∏onkowanie
szkieletu, czemu towarzyszy rozpad
wi´kszoÊci substancji organicznych. Na-
st´pnie, po pogrzebaniu w osadzie, do-
chodzi do mineralizacji, czyli zastàpienia

czàsteczek organicznych zwiàzkami nie-
organicznymi. Na ró˝ne etapy procesu
fosylizacji wp∏ywajà rozliczne czynniki,
które sprawiajà, ˝e rzadko przebiega ona
pomyÊlnie. Jeszcze rzadziej mamy do
czynienia z kamienieniem tkanek mi´k-
kich, tote˝ ograniczymy si´ tu do opisu
fosylizacji elementów kostnych. Obec-
nie potrafimy coraz lepiej rozpoznaç Êla-
dy pozostawione w jej poszczególnych
etapach, pozwalajàce dociekliwym pa-
leontologom przeÊledziç histori´ w´d-
rówki szczàtków zwierz´cych czy roÊlin-
nych od biosfery do litosfery.

Skomplikowane przemiany

POGRZEBANIE LUB ZNISZCZENIE

zw∏ok

zwierz´cia, niezale˝nie od przyczyny je-
go Êmierci, mo˝e trwaç od kilku godzin
do wielu lat. Szczàtki podlegajà ró˝nym
przemianom [ilustracja na stronie 67],
ale tylko nieliczne – fosylizacji. Podczas
nich mo˝e dochodziç do gromadzenia
si´ koÊci, co sprzyja powstawaniu ska-
mienia∏oÊci, poniewa˝ zmniejsza praw-
dopodobieƒstwo zniszczenia szczàtków
kostnych przez wod´. Pojedynczy mar-
twy osobnik ma znikome szanse zacho-
wania si´ przez tysiàce czy, tym bardziej,
miliony lat. Mamuty z wiecznej zmarz-
liny syberyjskiej czy polski nosoro˝ec
w∏ochaty ze Staruni (obecnie w Mu-
zeum Przyrodniczym w Krakowie –
przyp. t∏um.), zakonserwowany w wo-
sku ziemnym, to tylko wyjàtki potwier-
dzajàce regu∏´. W tym ostatnim przy-

STYCZE¡ 2003 ÂWIAT NAUKI

65

background image

padku przesàczajàce si´ na powierzchni´
w´glowodory ropopochodne utworzy∏y
pu∏apk´, w której grz´z∏y zwierz´ta. Po
ich zatoni´ciu powierzchnia bagna
stwardnia∏a w asfalt, który zakonserwo-
wa∏ zw∏oki.

Ofiary drapie˝ników sà zwykle roz-

kawa∏kowywane i ogryzane z mi´sa, ich
szkielety zostajà wi´c szybko wystawio-
ne na dzia∏anie powietrza, a tak˝e pa-
dlino˝erców, bakterii i grzybów, pozo-
stawiajàcych po sobie charakterystyczne
Êlady. Drobnoustroje rozpuszczajà koÊç,
wprowadzajàc przy tym niekiedy obce
dla niej pierwiastki (m.in. stront i cynk).
Poniewa˝ zwi´kszajà jej porowatoÊç,
sprzyjajà cyrkulacji roztworu glebowe-
go i wnikaniu do niej pierwiastków za-
wartych w wodzie i glebie.

Tkanka kostna [ilustracja powy˝ej]

jest wprawdzie zmineralizowana, ale

˝ywa. KoÊci koƒczyn sà d∏ugie i sk∏ada-
jà si´ z dwóch rozszerzonych nasad po-
∏àczonych smuklejszym trzonem z ja-
mà szpikowà otoczonà tkankà kostnà
zbità. Nasady zaÊ tworzy tkanka kost-
na gàbczasta zbudowana z luêno roz-
mieszczonych beleczek kostnych. Sil-
nie zmineralizowane sà tak˝e z´by –
warstwa z´biny (dentyny, podobnej do
koÊci) jest w cz´Êci zewn´trznej (koro-
nie z´ba) otoczona szkliwem (emalià
z´bowà), a wokó∏ korzeni kostniwem
(cementem).

W ciàgu mniej wi´cej doby od natu-

ralnej czy te˝ tragicznej Êmierci orga-
nizm zostaje opanowany przez swojà
mikroflor´ jelitowà. Do szpiku kostne-
go siecià kanalików naczyniowych w ko-
Êciach docierajà bakterie i ˝ywià si´
czàsteczkami organicznymi, wydziela-
jàc przy tym substancje oddzia∏ujàce

zarówno na zwiàzki organiczne, jak
i nieorganiczne. Jest to pierwszy etap
mineralizacji koÊci, podczas którego
cz´Êç kryszta∏ów fosforanu wapnia ule-
ga rozpuszczeniu, a nast´pnie ponow-
nej rekrystalizacji. Zmiany te zachodzà
w ciàgu pierwszych trzech dni po Êmier-
ci, zanim nastàpi rozk∏ad cia∏a, który
trwa wiele dni lub tygodni, zale˝nie od
warunków zewn´trznych. Na przyk∏ad
w glebach silnie kwaÊnych lub zasado-
wych nast´puje szybki zanik tkanek,
a wi´c gleby takie nie sprzyjajà pro-
cesowi fosylizacji.

W pierwszej fazie rozk∏adu tkanek

mi´kkich czàsteczki organiczne rozpa-
dajà si´ pod wp∏ywem rozmaitych czyn-
ników otoczenia, w tym dzia∏alnoÊci mi-
kroorganizmów. Proces ten nosi nazw´
autolizy (uczestniczà w nim tak˝e enzy-
my komórkowe – przyp. t∏um.). W obec-
noÊci tlenu dochodzi do rozbicia przez
bakterie tlenowe ∏aƒcuchów w´glowych
w czàsteczkach organicznych, co unie-
mo˝liwia fosylizacj´ wszelkich tkanek
mi´kkich. Mineralizacji ulegajà wów-
czas tylko koÊci czy z´by (a tak˝e wa-
pienne muszle i inne cz´Êci szkieletowe
bezkr´gowców – przyp. t∏um.). W przy-
padku braku tlenu – na przyk∏ad g∏´bo-
ko w glebie lub pod wodà – autoliza jest
utrudniona, mo˝e natomiast zachodziç
synteza metanu i redukcja ˝elaza zawar-
tego we krwi. Sà to warunki sprzyjajà-
ce utrwaleniu tkanek mi´kkich. W wo-
dach s∏odkich przewa˝a redukcja azo-
tanów, ˝elaza i wytwarzanie metanu,
natomiast w morskich dominuje reduk-
cja siarczanów. Wynika to z charakteru
bakterii wyst´pujàcych w poszczegól-
nych typach Êrodowisk, nie ma jednak
bezpoÊredniego wp∏ywu na jakoÊç za-
chowania skamienia∏oÊci.

Rozk∏ad zwiàzków organicznych

MIKROORGANIZMY TWORZÑ

niekiedy b∏on-

k´ (biofilm) gruboÊci kilku mikrome-
trów. Jej rozwój na resztkach zwierz´-
cia przyczynia si´ cz´sto do powsta-
wania organogenicznych osadów, a tak-
˝e sprzyja zachowaniu skamienia∏oÊci,
przynajmniej kostnych, mimo rozk∏adu
cz´Êci mi´kkich. B∏onki z mikroorga-
nizmów chronià osad przed erozjà wia-
trowà i wodnà, a zarazem stwarzajà Êro-
dowisko ubogie w tlen, co chroni tkan-
k´ kostnà przed rozk∏adem, sprzyjajàc
fosylizacji.

W wyniku hydrolizy bia∏ek nast´puje

uwalnianie aminokwasów, b´dàcych po-

66

ÂWIAT NAUKI STYCZE¡ 2003

DELPHINE BAILL

Y

KOÂCI I Z¢BY to ˝ywe, choç zminerali-
zowane, cz´Êci cia∏a. Zàb sk∏ada si´
z z´biny (dentyny) otoczonej kostniwem
(cementem) w strefie korzenia i szkli-
wem w koronie. KoÊç d∏uga koƒczyny
(z lewej)
z∏o˝ona jest z dwóch typów
tkanki kostnej. Koƒce, czyli nasady, sà
zbudowane z tkanki gàbczastej, zaÊ
trzon z tkanki kostnej zbitej, otaczajà-
cej jam´ szpikowà. Ca∏oÊç pokryta jest
okostnà. W sprzyjajàcych warunkach
koÊci i z´by mogà ulec skamienieniu:
w kanalikach i przestworach gromadzà
si´ sole mineralne, zmieniajàc stopnio-
wo twór organiczny w kamieƒ.

KOÂå GÑBCZASTA

TRZON

SZKLIWO

Z¢BINA

KOSTNIWO

JAMA SZPIKOWA

OKOSTNA

NASADA

KOÂå ZBITA

background image

˝ywkà dla drobnoustrojów. Przebieg
tych reakcji zale˝y od iloÊci zgromadzo-
nej materii organicznej, rozmiarów zia-
ren osadu, jego przepuszczalnoÊci oraz
temperatury. Niektóre bia∏ka, jak kera-
tyna, fibrynogen i kolagen, sà mniej po-
datne na biodegradacj´ z racji swej nie-
rozpuszczalnoÊci i licznych wiàzaƒ
wewnàtrzczàsteczkowych. Na przyk∏ad
kolagen jest zbudowany z ∏aƒcuchów
aminokwasów splecionych ze sobà w od-
porne potrójne helisy. Uk∏adajà si´ one
we w∏ókienka (mikrofibryle), a te – we
w∏ókna (taka budowa decyduje o w∏a-
snoÊciach Êci´gien i wi´zade∏). Drobno-
ustroje z trudem rozk∏adajà te struktu-
ry. Aminokwasy powsta∏e z rozk∏adu
bia∏ek frakcji organicznej koÊci ulegajà
niekiedy przemianom w w´glowodory.

Kolagen zawarty w koÊciach prze-

kszta∏ca si´ w ˝elatyn´ dopiero w tem-
peraturze 150ºC, natomiast poza nimi
ju˝ w 68ºC. W temperaturze 15ºC okres
pó∏trwania tej czàsteczki organicznej
szacowany jest na 30 tys. lat. T∏uszcze
(lipidy) to substancje hydrofobowe, s∏a-
bo rozpuszczajàce si´ w wodzie. Sà na-
tomiast utleniane przez drobnoustroje
(je∏czejà), chyba ˝e Êrodowisko nie
sprzyja aktywnoÊci bakterii, na przyk∏ad
w warunkach beztlenowych po pogrze-
baniu w osadzie. S∏abo natomiast po-
znane sà mechanizmy rozk∏adu w´glo-
wodanów (cukrów). Ostatecznie niemal
wszystkie czàsteczki organiczne, czy to
pierwotnie wyst´pujàce w koÊciach, czy
powstajàce w wyniku dzia∏alnoÊci mi-
kroorganizmów lub przesàczajàce si´
z wody, ulegajà degradacji, zanim zo-
stanà podstawione przez substancje
mineralne.

Bardzo szybko zachodzi poÊmiertny

rozk∏ad DNA. Kwas deoksyrybonukle-

inowy jest bardziej podatny na hydroli-
z´ i utlenianie ni˝ inne zwiàzki organicz-
ne (bia∏ka, t∏uszcze i w´glowodany). Ry-
ch∏o zostaje poci´ty na krótkie odcinki,
a wreszcie na pojedyncze nukleotydy, ∏a-
two ulegajàce degradacji. Te ostatnie re-
akcje mogà przebiegaç wolniej, jeÊli or-
ganizm zostanie szybko pogrzebany
i wysuszony. W klimacie umiarkowanym
informacja genetyczna mo˝e przetrwaç
Êrednio oko∏o 10 tys. lat, natomiast
w zimnym mniej wi´cej 100 tys. lat. Naj-
starsze wiarygodne sekwencje DNA po-
chodzà z mamutów syberyjskich sprzed
oko∏o 50 tys. lat. D∏u˝szemu zachowa-
niu kopalnego DNA sprzyjajà te˝ warun-
ki panujàce w jaskiniach strefy umiar-
kowanej, gdzie jest stale ch∏odno i nie
ma wahaƒ wilgotnoÊci.

Akumulacja szczàtków

RÓWNOLEGLE Z BIODEGRADACJÑ

czàsteczek

organicznych przy udziale drobnoustro-
jów zachodzà liczne zjawiska przyczy-
niajàce si´ do nagromadzenia koÊci.
W pierwszym rz´dzie nale˝y wymieniç
dzia∏alnoÊç padlino˝erców, pozostawia-
jàcych na skamienia∏oÊciach charaktery-
styczne Êlady. U wejÊcia do jednej nory
hien naliczono ponad 2 tys. fragmen-
tów kostnych wi´kszych ni˝ 2 cm; na-
le˝a∏y one do oko∏o 56 ofiar z 17 gatun-
ków zwierzàt. Najcz´stsze sà w miar´
kompletne pozosta∏oÊci koƒczyn.

Przebieg rozpadu szkieletu na cz´Êci

zale˝y od Êcis∏oÊci stawów oraz iloÊci
tkanek odpornych na rozk∏ad przez
drobnoustroje. Na przyk∏ad u kr´gow-
ców ˝uchwa rzadko pozostaje po∏àczo-
na z czaszkà. Natomiast kr´gos∏up ule-
ga rozdzieleniu na poszczególne koÊci
zwykle jako ostatnia cz´Êç szkieletu. Ba-
dania przeprowadzone w kenijskim par-

ku narodowym Amboseli wykaza∏y, ˝e
na 150 martwych zwierz´tach spoÊród
250 badanych ucztowali padlino˝ercy,
powodujàc przewa˝nie ich zdekomple-
towanie. Tylko 50 Êcierw – i to zaledwie
z kilkunastoma koÊçmi przypadajàcymi
na ka˝de z nich – przetrwa∏o kolejne po-
ry deszczowe i suche (gdy koÊci naprze-
miennie wysychajà i nasiàkajà wodà, co
prowadzi do ich kruszenia).

Na pustyniach i innych otwartych

przestrzeniach padlina cz´sto le˝y d∏u-
go na powierzchni i stopniowo niszcze-
je. W koÊciach d∏ugich pojawiajà si´
zwykle sp´kania – na trzonie biegnàce
równolegle do jego d∏ugiej osi, a na na-
sadach tworzàce nieregularnà mozai-
k´. Powierzchnia koÊci ∏uszczy si´ i
chropowacieje. KoÊci du˝ego ssaka roz-
padajà si´ ostatecznie w py∏ w ciàgu
çwierçwiecza wskutek coraz g∏´bszych
sp´kaƒ oraz tratowania przez zwierz´-
ta. W wilgotnych lasach i na mokrad∏ach
sp´kania tworzà si´ zapewne wolniej
ni˝ na sawannie.

Interesujàce badania przeprowadzo-

no na Florydzie, w klimacie podzwrot-
nikowym. Na powierzchni osadu nad-
morskiego lub w pobli˝u bagien po-
∏o˝ono 24 martwe ptaki. Ju˝ w pierw-
szych dniach widaç by∏o oznaki autoli-
zy tkanek, choç bakterie nie wnikn´∏y
jeszcze w ich g∏àb. Ostateczny los ze-
w∏oków przypiecz´towali padlino˝ercy
– aligatory, ptaki, drobne ssaki, kraby
i owady. Szczàtki zosta∏y ca∏kowicie roz-
szarpane i zjedzone.

Drapie˝niki równie˝ mogà przyczy-

niç si´ do nagromadzenia koÊci, gdy˝
cz´sto znoszà zdobycz w okolice nory
czy gniazda. Ptaki po∏ykajà mniejsze
ofiary w ca∏oÊci i trawià silnymi soka-
mi ˝o∏àdkowymi, a niestrawne resztki,

STYCZE¡ 2003 ÂWIAT NAUKI

67

CHRISTIANE DENYS

NA RÓ˚NYCH ETAPACH FOSYLIZACJI koÊç podlega rozmaitym zmianom, które zostawiajà charakterystyczne Êlady. Na przyk∏ad przed pogrzebaniem
w osadzie mo˝e zostaç nadtrawiona (a)
lub wyg∏adzona podczas transportu (b). Pogrzebane koÊci zostajà niekiedy przedziurawione przez korzenie (c).

a

b

c

background image

takie jak sierÊç, koÊci czy pancerzyki
owadów, zwracajà w postaci owalnych,
zbitych pakietów zwanych wypluwka-
mi [górna ilustracja na stronie 69]. Te
zaÊ wysychajà i gromadzàc si´, le˝à la-
tami w gnieêdzie lub w jego pobli˝u.
Z kolei niewielkie drapie˝ne ssaki i kro-
kodyle wydalajà w odchodach nie stra-
wione szczàtki kostne, które doÊç ∏atwo
ulegajà fosylizacji.

Trawienie silnie wp∏ywa na sk∏ad che-

miczny koÊci: kwaÊny sok ˝o∏àdkowy
rozpuszcza nawet z´by, choç szkliwo
jest stosunkowo odporne jako najsilniej
zmineralizowana tkanka, najbogatsza
w fosforan wapnia.

Losy koÊci

SZKIELETY I WYPLUWKI

pozostawione na

ziemi sà nast´pnie transportowane przez
wod´ (sp∏yw opadowy, wylewy rzek, cie-
ki podziemne). Niekiedy przenosi ona
szczàtki kostne na du˝e odleg∏oÊci, a tak-
˝e przyczynia si´ do ich pogrzebania.
Udzia∏ poszczególnych elementów szkie-
letu w danym z∏o˝u Êwiadczy o sile nur-
tu, gdy˝ ka˝da koÊç jest inaczej niesiona
przez wod´ – im ma wi´kszà g´stoÊç,
tym krócej trwa jej transport. Tak wi´c
w niektórych stanowiskach przewa˝ajà

˝uchwy, gdy˝ sà zbudowane z bardzo
g´stej tkanki kostnej. Na podstawie cech
sedymentacyjnych mo˝na wyró˝niç trzy
grupy koÊci.

Do pierwszej nale˝à elementy kostne

o najmniejszej g´stoÊci (np. kr´gi i ˝e-
bra); pràd porywa je naj∏atwiej. Druga
obejmuje koÊci d∏ugie, jak koÊç ramien-
na, udowa czy piszczelowa, które w
obecnych ciekach wodnych sà transpor-
towane na umiarkowane odleg∏oÊci.
KoÊci czaszki, majàce najwy˝szà g´stoÊç,
tworzà zaÊ ostatnià grup´.

JeÊli w zespole skamienia∏oÊci wyst´-

pujà wszystkie te kategorie, to znaczy,
˝e szczàtki nie by∏y transportowane, lecz
zosta∏y pogrzebane w pobli˝u miejsca
Êmierci zwierz´cia. Brak elementów
z pierwszej grupy Êwiadczy, ˝e zosta∏y
uniesione przez wartki pràd.

Anna Behrensmeyer przeprowadzi∏a

w 1975 roku analiz´ iloÊciowà tych ka-
tegorii i jednoznacznie wykaza∏a, ˝e
mo˝liwoÊci transportu danej koÊci za-
le˝à od jej g´stoÊci. Bada∏a zachowanie
si´ szczàtków kostnych w taki sam spo-
sób, w jaki geolodzy wyznaczajà pocho-
dzenie czàstek osadu. Pr´dkoÊç osiada-
nia koÊci, przewidywana teoretycznie
na podstawie praw fizyki, jest mierzo-
na doÊwiadczalnie w s∏upie wody.

Dla danej koÊci wyznacza si´ te˝ Êred-

nic´ ziaren kwarcu osadzajàcych si´
przy tej samej pr´dkoÊci nurtu. W przy-
padku z´ba, majàcego bardzo du˝à g´-
stoÊç w∏aÊciwà, jest ona mniejsza ni˝

dla kr´gu – wprawdzie wi´kszego, ale
o mniejszej g´stoÊci.

Na podstawie szczàtków kostnych za-

chowanych w danym pok∏adzie ze ska-
mienia∏oÊciami da si´ zatem oszacowaç
pr´dkoÊç przep∏ywu wody i typ osadu.
Nast´pnie porównuje si´ te wyliczenia
z jego danymi granulometrycznymi
w celu sprawdzenia, czy koÊci zosta∏y
naniesione równoczeÊnie z nim, czy
przysypane póêniej.

Transportowanie koÊci przez wod´

powoduje te˝ ich wypolerowanie. Im
wi´cej osadu w zawiesinie, tym bardziej
szczàtki kostne sà wyg∏adzone. Taki
transport nie zawsze musi mieç niszczy-
cielskie dzia∏anie. Padlina mo˝e si´ uno-
siç na powierzchni morza przez 38 dni,
zanim zatonie, a jeszcze po 65 dniach
bywa nienaruszona. Wypluwki równie˝
sà czasami przenoszone w ca∏oÊci na
odleg∏oÊç wielu kilometrów.

Zwierz´ta chodzàc po koÊciach le˝à-

cych na powierzchni gruntu, zmieniajà
ich rozmieszczenie. Wbijajà je w pulch-
nà gleb´, nie powodujàc przy tym zbyt-
nich uszkodzeƒ, natomiast na twardej,
suchej ziemi rozgniatajà. Zawsze jed-
nak na powierzchni koÊci powstajà cha-
rakterystyczne równoleg∏e prà˝ki.

O losach koÊci decyduje ostatni etap

przed w∏aÊciwà fosylizacjà, czyli pogrze-
banie w osadzie. Poniewa˝ rozpad szkie-
letu w Êrodowisku wodnym lub powietrz-
nym nast´puje doÊç szybko, zachowanie
si´ szczàtków kostnych w naturalnym

68

ÂWIAT NAUKI STYCZE¡ 2003

WÑWÓZ OLDUVAI w Tanzanii s∏ynie z licznych skamienia∏oÊci plejstoceƒskich datowa-
nych na 2 mln–400 tys. lat. Sà dobrze zachowane, gdy˝ uleg∏y szybkiemu pogrzeba-
niu przez wody p∏ynàce. KoÊci pozostajàce zbyt d∏ugo na powierzchni zostajà w takim
klimacie wkrótce uszkodzone przez czynniki atmosferyczne. W przypadku z´bów anty-
lopy (z prawej na górze
) naruszone zosta∏y zarówno szkliwo, jak i z´bina, a piszczel
ssaka kopytnego (z prawej na dole
) jest sp´kana na powierzchni i z∏uszcza si´.

ZÑB

CHRISTIANE DENYS

CHRISTIANE DENYS jest redaktorem na-
czelnym przeglàdowego czasopisma Mam-
malia
. Kieruje równie˝ Pracownià Ssaków
i Ptaków w Muséum national d’histoire
naturelle w Pary˝u.

O

A

UTORZE

background image

uk∏adzie anatomicznym Êwiadczy zawsze
o nag∏ym pogrzebaniu, gdy˝ poszczegól-
ne cz´Êci koÊçca nie ulegajà wtedy roz-
wleczeniu. Przyk∏adem sà skamienia∏oÊci
ssaków, które wpad∏y w bagna asfaltowe
w Rancho La Brea na przedmieÊciach
Los Angeles.

Brak tlenu tak˝e chroni szkielety

przed rozw∏óczeniem przez padlino˝er-
ców. Spektakularnym tego dowodem
jest stanowisko Messel ko∏o Frankfurtu
nad Menem, gdzie zachowa∏y si´ nawet
Êlady sierÊci, narzàdów wewn´trznych
i treÊci ˝o∏àdkowej pogrzebanych tu
zwierzàt. Pochodzà stàd tak˝e szczàtki
roÊlinne i owadzie, wskazujàce na kli-
mat zwrotnikowy. Liczne rzeki znosi∏y
do pradawnego jeziora substancje bio-
genne, umo˝liwiajàce bujny rozwój glo-
nów, które zu˝ywa∏y ca∏y zawarty w je-
go wodach tlen. Zatopione tu szczàtki
zwierzàt spoczywa∏y zatem na dnie
w warunkach beztlenowych i stopnio-
wo pokrywa∏ je mu∏. W tych ilastych osa-
dach bakterie anaerobowe rozwijajàce
si´ na tkankach mi´kkich wzbogaca∏y
je w siarczki ˝elaza i fosforany, chro-
niàc przed ca∏kowitym rozk∏adem. Ich
dzia∏alnoÊç ustawa∏a dopiero wskutek
pogrzebania i sprasowania osadu.

Pogrzebanie i diageneza

BAKTERIE TAK

˚E ULEGA¸Y SKAMIENIENIU

,

a ich szczàtki towarzyszà koÊciom w po-
staci syderytu (minera∏u ˝elazistego).
RównoczeÊnie nast´powa∏a polimery-

zacja czàsteczek tkanek mi´kkich, czy-
li przekszta∏cenie ich w w´glowodory
ropopochodne (bitumiczne), jeszcze bar-
dziej odporne na rozk∏ad. Procesy te
niszczy∏y mikrostruktur´ i pow∏oki tka-
nek, ale nie naruszy∏y ich zewn´trznego
wyglàdu. Zazwyczaj jednak znaleziska-
mi sà pojedyncze, rozproszone koÊci,
okruchy szkieletowe i z´by, b´dàce
bardzo wa˝nym elementem rekonstruk-
cji tafonomicznych.

KoÊci pogrzebane w glebie lub osa-

dach dennych ulegajà dalszym
zmianom. Ryjàce w ziemi
zwierz´ta, na przyk∏ad
d˝d˝ownice czy ssaki
kopiàce nory, mogà je
rozw∏óczyç i wciàgnàç
g∏´biej. Mikroskopij-
ne grzyby wnikajà do
wn´trza koÊci, a kanaliki
Êwiadczàce o ich dzia∏alno-
Êci pojawiajà si´ ju˝ w trzecim tygo-
dniu od chwili pogrzebania szczàtków.
W czwartym miesiàcu nast´puje prawie
ca∏kowity rozpad okostnej (b∏ony w∏ók-
nistej pokrywajàcej powierzchni´ ko-
Êci). Zmiany zachodzà równie˝ w z´-
bach. W z´binie rozpoczynajà si´ ju˝ po
13–17 dniach, a po dwóch latach jest
ona poprzecinana kanalikami o Êredni-
cy 5–7

µ

m, przy czym nie ma Êladów re-

mineralizacji. Naruszone zostaje tak˝e
szkliwo. Wreszcie po siedmiu latach wi-
daç pod mikroskopem oznaki demine-
ralizacji kostniwa.

W Êrodowisku zasadowym koÊç za-

czyna si´ ∏uszczyç [ilustracje na stronie
68
], a jej powierzchnia p´ka i odstaje
p∏atami. Zakwaszenie gleby i przep∏yw
wody powodujà rozpuszczanie, wytrà-
canie, adsorpcj´, wymian´ pierwiastków
i rekrystalizacj´ sk∏adników koÊci. Za-
chodzà w niej zmiany mikrostruktural-
ne: zwi´ksza si´ jej porowatoÊç, gdy˝ ze-
wn´trzna warstwa rzeszotowacieje tym
g∏´biej, im silniej kwasowy jest odczyn
Êrodowiska, a na powierzchni pojawia

si´ nieregularna rzeêba.

Osad zmienia si´ tym-

czasem w ska∏´ osado-

STYCZE¡ 2003 ÂWIAT NAUKI

69

MIKROSTRUKTURA KOÂCI TURA wydobytej na stanowisku archeologicznym Bercy w Pary˝u cz´Êciowo si´ zachowa∏a w koÊci pochodzàcej
ze strefy zanurzonej w wodach Sekwany (a
), znikn´∏a natomiast w koÊci wydobytej z warstwy wynurzonej (b). Obok budowa histologiczna
bardzo dobrze zachowanej koÊci odkrytej w Louviers (c
).

WYPLUWKI PTAKÓW DRAPIE˚NYCH zawiera-
jà zwracane przez nie niestrawne cz´Êci ofiar
(wstawka
). Zeschni´te gromadzà si´ w gniaz-
dach (powy˝ej
), co sprzyja fosylizacji ich sk∏ad-
ników, takich jak koÊci czy sierÊç.

CHRISTIANE DENYS

(na

gór

ze

); HERVÉ BOCHERENS

(na

dole

)

a

b

c

background image

wà (w procesie zwanym diagenezà),
w której znajdujemy skamienia∏oÊç.

KoÊci równie˝ ulegajà diagenetycz-

nym przemianom. Biorà w nich udzia∏
pierwiastki wyp∏ukane z gleby przez wo-
d´: wype∏niajà zw∏aszcza pory, sp´ka-
nia i jamki w tkance kostnej, tworzà
kompleksy z pozosta∏à substancjà orga-
nicznà, ulegajà adsorpcji na kryszta∏ach
hydroksyapatytu, czyli uwodnionego fos-
foranu wapnia (g∏ównego sk∏adnika mi-
neralnego koÊci), lub zostajà w nie wbu-
dowane, jeÊli kryszta∏y si´ rozpuszczà,
a nast´pnie zajdzie ich rekrystalizacja.

Procesy te prowadzà do rozlicznych

modyfikacji strukturalnych i chemicz-
nych hydroksyapatytu. Najcz´stsze to
podstawienie jonów wapniowych jona-
mi sodowymi, strontowymi, magnezo-
wymi lub pierwiastków ziem rzadkich
(cezu, lantanu, uranu, toru), jonów fos-
foranowych w´glanowymi, krzemiano-
wymi lub fosforowymi, a jonów hydrok-
sylowych fluorkowymi, chlorkowymi
lub w´glanowymi. Wp∏ywa to na wiel-
koÊç czàsteczek i ich interakcje che-
miczne. Hydroksyapatyt jest doÊç do-
brze rozpuszczalny, gdy˝ jego kryszta∏y
majà ma∏à obj´toÊç, stykajà si´ zatem
z wodà stosunkowo du˝à powierzch-
nià. Zastàpienie jonów fosforanowych
w´glanowymi, które sà wi´ksze, powo-
duje zaburzenia jego sieci krystalogra-
ficznej i jej os∏abienie. Natomiast
wymiana jonów hydroksylowych hy-
droksyapatytu na fluorkowe prowadzi
do powstania znacznie trwalszych
kryszta∏ów frankolitu (w´glanu fluoro-
apatytu) i w∏aÊnie z tego minera∏u zbu-
dowane sà najcz´Êciej skamienia∏e ko-
Êci. Ich fosylizacja zale˝y zatem od
rozpuszczalnoÊci wzgl´dnej obu tych
odmian apatytu w okreÊlonym Êrodo-
wisku osadowym.

Minera∏y wype∏niajà te˝ przestrzenie

powsta∏e po rozpadzie kolagenu i innych
substancji organicznych. Procesy te za-
le˝à od czynników fizykochemicznych
Êrodowiska pogrzebania. Na przyk∏ad
obecnoÊç w nim ˝elaza i manganu,
o czym Êwiadczà brunatne lub czarne
przebarwienia powierzchni skamienia∏o-
Êci, wskazuje na warunki tlenowe, zaÊ
podwy˝szone st´˝enie uranu w warstwie
korowej – na zasadowe. Mo˝na zatem
odtworzyç warunki Êrodowiskowe, w ja-
kich ˝y∏y wymar∏e zwierz´ta i dosz∏o do
pogrzebania ich szczàtków.

Od czynników Êrodowiska zale˝y te˝

przetrwanie lub zanik struktury kostnej.

Hervé Bocherens i jego wspó∏pracow-
nicy z l’Université de Montpellier na
przyk∏adzie stanowiska archeologiczne-
go Bercy w Pary˝u wykazali, ˝e koÊci
z tego samego okresu, le˝àce w brzegu
Sekwany poni˝ej poziomu wód grunto-
wych, zachowa∏y cz´Êciowo struktur´
histologicznà, natomiast znajdowane
powy˝ej niego ca∏kowicie jà zatraci∏y
[ilustracje na dole na stronie 69]. W obu
przypadkach widoczne sà Êlady dzia-
∏alnoÊci bakterii w postaci kanalików
biegnàcych w poprzek pierwotnych
struktur kostnych. Nawiasem mówiàc,
zawartoÊç azotu w koÊciach jest sko-
relowana z iloÊcià pozosta∏ego ko-
lagenu, zale˝nà z kolei od Êrodowis-
ka pogrzebania i poziomu aktywnoÊci
bakteryjnej.

Podczas mineralizacji koÊci ∏atwo

wbudowujà si´ w nie pierwiastki ci´˝-
kie, takie jak uran i tor, oraz pierwiast-
ki ziem rzadkich. Ich obecnoÊç pozwa-
la niekiedy ujawniç redepozycj´, czyli
mechaniczne przemieszczenia osadów,
podczas których koÊci zostajà – niekie-
dy kilkakrotnie – ods∏oni´te, rozproszo-
ne, a nast´pnie pogrzebane ponownie
na wtórnym z∏o˝u. Dochodzi wówczas
zwykle do przemieszania szczàtków roz-
maitych zespo∏ów fauny: jeÊli sà rów-
nowiekowe, mówimy o przemieszaniu
przestrzennym, jeÊli z ró˝nych okresów
– o diachronizmie.

Stanowisko modelowe

KOÂCI Z WÑWOZU OLDUVAI

w Tanzanii [ilu-

stracja na stronie 68] sà wyraênie wzbo-
gacone w stront i bar, pierwiastki obfi-
cie wyst´pujàce w karbonatytowych
popio∏ach wulkanów Afrykaƒskich Ro-
wów Tektonicznych (Doliny Ryftowej).
Popio∏y te stanowi∏y niewàtpliwie znacz-
nà cz´Êç niesionego przez ówczesne wo-
dy materia∏u osadowego, w którym zo-

sta∏y pogrzebane szczàtki. Dzi´ki tafo-
nomii wyjaÊniono pochodzenie zespo-
∏ów skamienia∏oÊci znajdowanych na
tym s∏ynnym stanowisku.

Jest ono znane przede wszystkim

z licznych pozosta∏oÊci kr´gowców
towarzyszàcych szczàtkom praludzi,
jednych z najwczeÊniej odkrytych we
wschodniej Afryce. W tych osadach
jeziornych warstwa okreÊlana jako
pok∏ad I (Bed I) datowana jest na
1.8–1.7 mln lat (odpowiednio w jej
spàgu i stropie). Wyst´pujà w tym po-
k∏adzie dwa poziomy obfitujàce w ska-
mienia∏oÊci, bardzo bliskie stratygra-
ficznie. Z jednego pochodzà szczàtki
Australopithecus boisei, z drugiego
Homo habilis, hominida o mniej ma-
sywnej budowie. Po przebadaniu zna-
lezionych wraz z nimi skamienia∏oÊci
gryzoni okaza∏o si´, ˝e mamy do czy-
nienia z dwiema faunami: jednà, znaj-
dowanà ni˝ej w profilu geologicznym,
z licznymi szczàtkami przedstawicieli
rodziny myszowatych (Muridae), i dru-
gà, po∏o˝onà wy˝ej – zawierajàcà po-
zosta∏oÊci myszoskoczkowatych (Ger-
billidae). Na podstawie znajomoÊci
trybu ˝ycia tych zwierzàt wywniosko-
wano, ˝e podczas tworzenia si´ osadów
górnej cz´Êci pok∏adu I teren by∏ bar-
dziej otwarty, a klimat suchszy ni˝ wte-
dy, kiedy osadza∏ si´ ni˝szy poziom.
Wniosek ten ekstrapolowano na cz∏o-
wiekowate z tych samych warstw: star-
szy, Australopithecus boisei, ˝y∏ za-
pewne w Êrodowisku leÊnym, nato-
miast m∏odszy, Homo habilis, w su-
chym, otwartym, jak sawanna czy lasy
galeriowe.

Po˝ytek z tafonomii

SK

¸AD FAUNY PRZE˚UWACZY

, oceniony na

podstawie badaƒ ich koÊci znalezionych
w pok∏adzie I, nie potwierdzi∏ jednak

70

ÂWIAT NAUKI STYCZE¡ 2003

Diagenetical changes in Pleistocene small mammals bones from Olduvai Bed I. C. Denys, C. Wil-

liams, Y. Dauphin, P. Andrews i Y. Fernandez-Jalvo; Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoeco-
logy
, tom 126, s. 121-134, 1996.

Diagenetic evolution of mammal bones in two french Neolithic sites. H. Bocherens i in.; Bulletin

de La Societe Géologique de France, tom 168 (5), s. 555-564, 1997.

Diagenetic alterations of micromammal fossil bones from Olduvai Bed I of the lower Pleistocene

sequence at Olduvai Bed I, in Tanzania. Y. Dauphin, C. Williams, P. Andrews, C. Denys i Y. Fer-
nandez-Jalvo; Journal of Sedimentary Research, tom 69, s. 612-621, 1999.

Owls, caves and fossils. P. Andrews; Natural History Museum Publications, Londyn 1990.
Small mammal taphonomy of Gran Dolina, Atapuerca (Burgos), Spain. Y. Fernandez-Jalvo i P.

Andrews; Journal of Archeological Sciences, tom 19, s. 407-428, 1992.

Taphonomy: a new branch of Paleontology. I. Efremov; Pan-American Geologist, tom 74,

s. 81-93, 1940.

Taphonomy and palaeoecology of Olduvai Bed I (Pleistocene, Tanzania). Y. Fernandez-Jalvo, C. De-

nys, P. Andrews, T. Williams, Y. Dauphin i L. Humphrey; Journal of Human Evolution, tom 34,
s. 137-172, 1998.

JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ

background image

istnienia jakichkolwiek ró˝nic mi´dzy
tymi dwoma poziomami. Zdaniem pa-
leontologa Richarda Pottsa, nagroma-
dzenia skamienia∏oÊci w Olduvai powsta-
∏y wskutek dzia∏alnoÊci cz∏owieka oraz
mi´so˝erców, takich jak hieny czy lwy,
i nie mia∏y na to wp∏ywu ˝adne lokalne
zmiany klimatu.

Tymczasem sk∏ad gatunkowy oraz

stan zachowania szczàtków gryzoni,
owado˝ernych i nietoperzy, wykrytych
ostatnio w dziewi´ciu cienkich war-
stwach le˝àcych w obr´bie pok∏adu I
(trzech po∏o˝onych bli˝ej spàgu i sze-
Êciu bli˝ej stropu), by∏ doÊç silnie zró˝-
nicowany. Na pierwszy wp∏yn´∏y nie-
wàtpliwie specyficzne upodobania
pokarmowe rozmaitych drapie˝ników.
Odmienny w poszczególnych warstwach
sk∏ad szczàtków gryzoni, typowych
dla siedlisk otwartych i suchych bàdê
zwartych, wilgotniejszych Êrodowisk
leÊnych, potwierdza jednak hipotez´
o zmianach klimatu. KoÊci te ró˝nià si´
ponadto stopniem wyg∏adzenia, z∏usz-
czenia, sp´kania i innymi Êladami wp∏y-
wu czynników atmosferycznych. Za-
wartoÊç pierwiastków ziem rzadkich
oraz sodu równie˝ Êwiadczy o istnie-
niu siedliska bardziej zalesionego (i
redukcyjnego) podczas powstawania
warstw po∏o˝onych bli˝ej spàgu ni˝ stro-
pu pok∏adu I. Te ró˝nice Êrodowiskowe
wynik∏y prawdopodobnie z niewielkich
zmian powierzchni i g∏´bokoÊci pra-
dawnego jeziora, spowodowanych byç
mo˝e odmiennymi warunkami kli-
matycznymi. Wydaje si´ te˝, ˝e wbrew
hipotezie Pottsa odegra∏y one jednak
pewnà rol´ w zachowaniu elementów
szkieletowych.

Ka˝da skamienia∏oÊç i stanowisko pa-

leontologiczne powsta∏y wskutek na∏o-
˝enia si´ wielu procesów (rozpadu koÊç-
ca, rozk∏adu, diagenezy), zachodzàcych
od Êmierci zwierz´cia do ostatecznej
mineralizacji jego szczàtków. Nie za-
wsze da si´ odtworzyç wszystkie me-
chanizmy, które doprowadzi∏y do po-
wstania konkretnego z∏o˝a, ale wiele
z nich ju˝ poznano, a badania tafono-
miczne sà coraz dok∏adniejsze. Rzu-
cajà te˝ nowe Êwiat∏o na zale˝noÊci, ja-
kie zachodzi∏y zarówno mi´dzy zwie-
rz´tami a Êrodowiskiem – w przypad-
ku starszych ods∏oni´ç – jak i mi´dzy
nimi a ludêmi – w przypadku stanowisk
archeologicznych.

T∏umaczy∏

Karol Sabath

w

Puszczajà lody Antarktydy

w

Jak dieta doskonali∏a

nasz mózg

w

NajjaÊniejsze b∏yski

we WszechÊwiecie

w

Zagadka plàsawicy Huntingtona

w

Skamienia∏oÊci

najstarszych zwierzàt

w

Nowe terapie Êwiat∏em

w

Fraktalne malarstwo

Zamawiam roczniki „Âwiata Nauki” na p∏ycie CD

w cenie 29,90 z∏

*

za zaliczeniem pocztowym.

Imi´ i nazwisko:

Adres:

Tel.:

Podpis:

* koszt wysy∏ki na terenie kraju jest wliczony w cen´ p∏yty

W spr

zeda˝y wysy∏k

owej

w cenie 29,90 z∏.

Zamówienie na kuponie

nale˝y wysy∏aç na adres:

„Âwiat Nauki”, 00-965

W

arszawa, Al. Jerozolimskie 124/138, P

. poczt. nr 9

lub e-mail: swiatnauki@wsip.com.pl


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Dziwny Zbieg Okoliczności, parodia
Zbieg okolicznosci (2)
01 Czy to zbieg okoliczności czy zaplanowane akcje
Chmielewska Joanna 15 Zbieg okoliczności
Joanna Chmielewska Cykl Przygody Joanny (15) Zbieg okoliczności
W Polek Wielka strategia czy zbieg okoliczności Kształtowanie się wschodniej granicy państwa karoli
302 Rutland Eva Cudowny zbieg okoliczności
Titanic Przepowiednia, klątwa, czy może zbieg okoliczności
Rutland Eva Cudowny zbieg okolicznosci
0302 Rutland Eva Cudowny zbieg okoliczności
regul praw stan wyjątk 05
prezentaja Warszawa i okolice
ADA wyjatki przerw3
PASYJNE, katecheza, UROCZYSTOŚCI i OKOLICZNOŚCIOWE
KATECHEZA (Dzień chorych), KATECHEZA, katechezy okolicznościowe
B L W OKOLICY O DKA, ZDROWIE-Medycyna naturalna, 3-Medycyna chińska, MEDYCYNA CHIŃSKA-choroby
NERWOB L W OKOLICY MI DZY E, ZDROWIE-Medycyna naturalna, 3-Medycyna chińska, MEDYCYNA CHIŃSKA-chorob

więcej podobnych podstron