Fosilele: cum se formează și ce spun despre trecutul vieții

Fosilele sunt resturile sau urmele unor organisme care au trăit în trecutul îndepărtat și s-au păstrat în roci: oase, dinți, cochilii, frunze imprimate în piatră, dar și urme de pași, vizuini sau ouă. Ele se formează rar, doar atunci când un organism este acoperit repede de sedimente și ferit de descompunere, iar apoi sedimentele se transformă lent în rocă. Prin fosile, paleontologii reconstituie felul în care au arătat ființele dispărute, cum au trăit și cum s-a schimbat viața pe Pământ de-a lungul a miliarde de ani.

În acest articol afli cum se transformă un organism în fosilă, ce tipuri de fosile există, cum se stabilește vârsta lor, ce povești importante au spus despre istoria vieții și unde poți vedea fosile celebre în România, de la dinozaurii pitici din Țara Hațegului la urșii de cavernă de la Chișcău.

Ce este o fosilă și ce studiază paleontologia

O fosilă este orice dovadă păstrată în mod natural a unui organism din trecutul geologic, fie o parte a corpului, fie o urmă a activității lui. Cuvântul vine din latinescul fossilis, „scos prin săpare”. Prin convenție, se consideră fosile resturile mai vechi de aproximativ 10.000 de ani, adică de dinaintea sfârșitului ultimei glaciațiuni, deși granița nu este strictă.

Paleontologia este știința care studiază fosilele și, prin ele, viața din trecut. Ea se află la granița dintre geologie și biologie: are nevoie de geologie pentru a înțelege rocile și vârsta lor și de biologie pentru a compara organismele dispărute cu cele de azi. Felul în care biologii ordonează formele de viață în grupuri înrudite este explicat în Clasificarea viețuitoarelor: regnuri, specii și denumiri.

Cum se formează o fosilă

Fosilizarea este un eveniment rar, pentru că majoritatea organismelor sunt mâncate, se descompun sau sunt distruse de intemperii înainte să poată fi păstrate. Șansele cresc când sunt îndeplinite câteva condiții:

1. Îngroparea rapidă, de exemplu sub mâl, nisip sau cenușă vulcanică, care izolează corpul de animalele necrofage și de oxigen.
2. Părțile dure, cum sunt oasele, dinții, cochiliile sau lemnul, care rezistă mult mai bine decât țesuturile moi.
3. Mediul liniștit și sărac în oxigen, cum este fundul unui lac sau al unei lagune, unde descompunerea este lentă.
4. Stabilitatea geologică ulterioară: roca ce conține fosila nu trebuie să fie topită, puternic metamorfozată sau erodată complet.

Din aceste motive, organismele marine cu cochilii sunt mult mai bine reprezentate în arhiva fosilă decât, de pildă, viermii sau ciupercile. Aproape toate fosilele se găsesc în roci sedimentare, cum sunt calcarele, gresiile și argilele, descrise în Rocile și mineralele: cum se formează și cum le deosebești.

Principalele moduri de fosilizare

Majoritatea fosilelor nu mai conțin materia originală a organismului: forma s-a păstrat, dar substanța a fost înlocuită cu minerale. Excepțiile, cum sunt mamuții înghețați sau insectele din chihlimbar, sunt foarte prețioase pentru cercetători.

Fosilele de urme: comportamentul prins în piatră

Fosilele de urme, numite și ichnofosile, nu păstrează corpul organismului, ci semnele lăsate de activitatea lui, și spun adesea mai multe despre comportament decât oasele. Printre ele se numără:

• urmele de pași ale dinozaurilor sau ale altor animale, din care se poate estima viteza de deplasare, mărimea și dacă se mișcau în grup;
• vizuinile și galeriile săpate în sedimente de viermi, crustacee sau mamifere;
• coproliții, excremente fosilizate, care arată ce mânca animalul;
• ouăle și cuiburile, care dau informații despre reproducere și grija față de pui;
• urmele de mușcături pe oase, care documentează relațiile dintre prădători și prăzi.

Urmele sunt utile mai ales pentru că nu pot fi transportate departe de locul unde s-au format: ele arată exact unde trăia animalul.

Cum se află vârsta unei fosile

Vârsta fosilelor se stabilește prin două tipuri de metode complementare: datarea relativă, care spune ce este mai vechi și ce este mai nou, și datarea absolută, care dă o vârstă în ani.

Datarea relativă

În secolul al XVII-lea, naturalistul danez Nicolaus Steno a formulat principiul suprapunerii: într-o succesiune nederanjată de straturi sedimentare, stratul de jos este mai vechi decât cel de deasupra. La începutul secolului al XIX-lea, inginerul englez William Smith a observat că fiecare strat conține un set caracteristic de fosile, care se repetă în aceeași ordine în regiuni diferite.

De aici a apărut ideea de fosile caracteristice (sau fosile-ghid): specii care au trăit o perioadă scurtă, dar au fost foarte răspândite geografic. Amoniții, trilobiții și unele organisme microscopice, precum foraminiferele, sunt fosile caracteristice clasice. Dacă găsești același amonit în două straturi aflate la sute de kilometri distanță, cele două straturi au aproximativ aceeași vârstă.

Datarea absolută

Datarea absolută se bazează pe dezintegrarea radioactivă: unele elemente instabile din minerale se transformă în alte elemente într-un ritm constant, cunoscut. Măsurând raportul dintre elementul inițial și produsul lui, se calculează câți ani au trecut de la formarea mineralului. Principiul radioactivității este explicat în Atomul: din ce e făcută materia, de la protoni la quarci.

Un detaliu important: rocile sedimentare cu fosile nu pot fi datate de obicei direct prin aceste metode. Geologii datează straturile de cenușă vulcanică sau curgerile de lavă aflate deasupra și dedesubtul fosilei, iar vârsta fosilei rezultă ca un interval între ele. Radiocarbonul nu se folosește pentru dinozauri: carbonul-14 dispare practic complet după câteva zeci de mii de ani.

Sfat: Când citești că o fosilă are „aproximativ 70 de milioane de ani”, gândește-te că valoarea vine dintr-un ansamblu de metode, cu o marjă de eroare. Cercetătorii verifică rezultatele prin mai multe tehnici independente, după logica descrisă în Metoda științifică: cum verifică cercetătorii o idee.

Ce ne spun fosilele despre istoria vieții

Fosilele arată că viața a apărut foarte devreme, a rămas microscopică vreme îndelungată și a devenit complexă abia în ultimii aproximativ 600 de milioane de ani. Ordinea în care apar grupurile de organisme în straturi este una dintre dovezile cele mai solide ale evoluției, mecanism explicat în Evoluția speciilor: cum funcționează selecția naturală.

Fosilele de tranziție

Unele fosile combină trăsături ale unor grupuri care azi sunt foarte diferite și arată cum s-au produs schimbările mari. Archaeopteryx, descoperit în calcarele din sudul Germaniei, avea pene ca o pasăre, dar și dinți, gheare la aripi și o coadă lungă, osoasă, ca o reptilă. Descoperirile ulterioare au arătat că păsările sunt, de fapt, urmași ai unor dinozauri carnivori mici. Alte fosile de tranziție documentează trecerea peștilor pe uscat sau întoarcerea strămoșilor balenelor în ocean.

Marile extincții

Fosilele arată că, de cel puțin cinci ori, o mare parte din speciile de pe Pământ au dispărut într-un interval scurt din punct de vedere geologic, evenimente numite extincții în masă.

1. Sfârșitul Ordovicianului, în urmă cu circa 445 de milioane de ani, legat de o glaciațiune.
2. Devonianul târziu, în urmă cu circa 372 de milioane de ani, care a afectat puternic recifele.
3. Sfârșitul Permianului, în urmă cu circa 252 de milioane de ani, cea mai mare extincție cunoscută, asociată cu erupții vulcanice uriașe în Siberia; au dispărut majoritatea speciilor marine.
4. Sfârșitul Triasicului, în urmă cu circa 201 milioane de ani, după care dinozaurii au devenit dominanți.
5. Sfârșitul Cretacicului, în urmă cu 66 de milioane de ani, când au dispărut dinozaurii (cu excepția strămoșilor păsărilor), amoniții și multe alte grupuri.

Pentru ultima extincție, dovada principală a fost un strat subțire de argilă bogată în iridiu, un metal rar în scoarță, dar frecvent în asteroizi. Ipoteza impactului a fost confirmată de descoperirea craterului Chicxulub, din Peninsula Yucatán, în Mexic. Fiecare extincție a fost urmată de o perioadă în care grupurile supraviețuitoare s-au diversificat și au ocupat nișele rămase libere.

Fosilele, clima și harta trecutului

Fosilele nu spun doar ce organisme au trăit, ci și unde și în ce condiții. Coralii tropicali fosili găsiți azi în zone reci arată că acolo a fost cândva o mare caldă. Polenul fosil din sedimentele lacurilor permite reconstituirea vegetației și a climei din ultimele sute de mii de ani. Cochiliile microscopice din sedimentele oceanice păstrează în compoziția lor chimică semnale ale temperaturii apei.

Fosilele au fost și una dintre primele dovezi că, odinioară, continentele erau unite: aceleași plante și reptile fosile apar pe continente separate azi de oceane, după cum explică Tectonica plăcilor: cum se mișcă și se ciocnesc continentele. Iar scoicile fosile găsite pe vârfuri de munți arată că rocile acelea s-au format pe fundul mării și au fost ridicate ulterior. Contextul general al acestor procese este prezentat în ghidul despre structura Pământului.

Fosile celebre din România

România are câteva situri paleontologice de importanță internațională, iar unele pot fi vizitate.

• Țara Hațegului, din județul Hunedoara, este celebră pentru dinozaurii din Cretacicul târziu. La începutul secolului XX, baronul Franz Nopcsa, paleontolog născut în zonă, a observat că dinozaurii de aici erau neobișnuit de mici și a propus explicația nanismului insular: regiunea era atunci o insulă, iar resursele limitate au favorizat animalele de talie mică. Aici au fost descriși sauropodul pitic Magyarosaurus, dinozaurul cu cioc de rață Telmatosaurus, teropodul Balaur bondoc și pterozaurul uriaș Hatzegopteryx. La Tuștea s-au găsit ouă fosile de dinozaur. Zona este astăzi un geoparc recunoscut de UNESCO.
• Peștera Urșilor de la Chișcău, din Bihor, descoperită în 1975, păstrează numeroase schelete de urs de cavernă, o specie dispărută în ultima glaciațiune. Despre formarea peșterilor citește Peșterile: cum apar și ce este relieful carstic.
• Peștera cu Oase, din Munții Banatului, a livrat unele dintre cele mai vechi resturi de oameni moderni din Europa, cu o vechime de aproximativ 40.000 de ani.
• Muzeul Național de Istorie Naturală „Grigore Antipa”, din București, expune scheletul unui Deinotherium, o rudă dispărută a elefanților, descoperit în Moldova.
• Calcarele cu numuliți din Transilvania conțin fosile de foraminifere mari, în formă de monedă, numite în tradiția populară „banii Sfântului Ladislau”.

Important: Siturile paleontologice din geoparcuri, rezervații și arii protejate nu pot fi exploatate de vizitatori. Dacă găsești întâmplător oase fosile mari sau ouă, nu le scoate singur: fotografiază locul, notează poziția și anunță un muzeu de științele naturii sau autoritățile locale. O fosilă scoasă din context își pierde mare parte din valoarea științifică.

Rezumatul ghidului

Fosilele sunt arhiva vieții de pe Pământ, scrisă în roci sedimentare. Ele apar rar, mai ales când un organism cu părți dure este îngropat rapid, și se păstrează prin mineralizare, tipare, carbonizare, înghețare sau în chihlimbar. Ordinea straturilor și fosilele caracteristice arată vârsta relativă, iar datarea radiometrică a rocilor vulcanice dă vârsta în ani. Împreună, ele documentează apariția vieții, evoluția marilor grupuri, extincțiile în masă și schimbările de climă și geografie.

De reținut:

• fosilele sunt resturi sau urme ale organismelor, de obicei mai vechi de circa 10.000 de ani;
• îngroparea rapidă și părțile dure cresc mult șansa de fosilizare;
• radiocarbonul datează doar resturi de până la aproximativ 50.000 de ani;
• au existat cel puțin cinci extincții în masă, ultima acum 66 de milioane de ani;
• Țara Hațegului este celebră pentru dinozaurii pitici descriși de Franz Nopcsa.