Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, Leitfossilien

3. Evolution

3.2.2Paläontologie; Fakten, die für
Evolution sprechen
Die PALÄONTOLOGIE ist die Lehre von den Lebewesen der Vorzeit.
Sie wurde im Wesentlichen von Georges Cuvier (um 1800) begründet.Die paläontologische Forschung schließt viele Aspekte verschiedener
geologischer und biologischer Teilbereiche mit ein:

  • Stratigraphie – Ursprung und
    Beziehung von Gesteins-Ablagerungen in Raum und Zeit.
  • Biostratigraphie – Identifikation
    und Organisation von Gesteinsschichten aufgrund von Fossilien.
  • Geochronologie – Studium
    des Erdalters.
  • Vergleichende Anatomie von Tieren und Pflanzen
  • Evolutionäre Biologie – Schema und Prozesse, wie sich
    die Organismen mit der Zeit geändert haben.
  • Systematik und Taxonomie – Studium und Ordnung der verschiedenen
    Organismen.
  • Ebenfalls Aspekte der Physiologie, Ökologie, Botanik
    und Verhaltenslehre.
_page33 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienSedimentgesteine sind die häufigsten Gesteine auf der Erdoberfläche.
Sie entstanden aus älterem Schmelzgestein, das durch Wind oder
Wasser zerfallen war. Diese Reste setzten sich als Kies, Sand, Schlamm
usw. am Boden der Flüsse, Seen und Meere ab. Sie begruben lebende
und tote Tiere und Pflanzen. Mit der Zeit und durch chemische Reaktionen
versteinerten sie. Kies wurde zu Konglomerat, Sand zu Sandstein
(siehe unten links) usw. und die Reste der Pflanzen wurden zu Fossilien.Dabei gilt, falls keinen Verwerfungen geschahen: die Oberschicht
ist die jüngere, die untere die ältere.

Mit der Lage des Gesteins beschäftigt sich die Stratigraphie.

Grundsätzliche Gesteinstypen sind:

  • Schmelzgestein -aus Lava
    oder Magma aus dem Erdinneren entstanden: Granit, Basalt
  • Umwandlungsgestein – Gestein,
    das durch großen Druck oder Temperatur ohne Schmelzprozess entstanden
    ist: z.B. Marmor aus Kalkstein oder Quarzit aus Sandstein
  • Sedimentgestein – Gestein, das
    durch Anhäufung oder Zementierung von Mineralpartikeln wie Sand,
    Schlamm oder Ton gebildet wurde wie Sandstein oder durch chemische Präzipitation
    wie Kalkstein.

Die überwiegende Mehrheit der Fossilien findet man in Sedimentgestein.
Die Natur des Sediments läßt Rückschlüsse auf die
Umgebung zu, aus der es entstanden ist.

Plattentektonik

Für das Verständnis der globalen Gesteinsbildung ist ebenfalls
noch die Kenntnis der Plattentektonik
wichtig, die Theorie, daß die Erdkruste aus großen, beweglichen
Platten besteht. Sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 1-12 cm/Jahr.

M03ag5b7 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, Leitfossilien

In diesem Zusammenhang soll nochmals auf einige andere Fakten, die Erde
betreffend hingewiesen werden. (siehe dazu auch Biokurs Klasse 11 Ökologie)

Die Theorie der Plattentektonik umfaßt zwei Komponenten:

a)Die Kontinentalverschiebung
ist die Idee, daß Kontinente unterschiedlich über
die Oberfläche des Erdballs verteilt sind und im Laufe
der Geologischen Zeit in ihre gegenwärtige Position gewandert
sind.


(siehe unten)
_atl_spr - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, Leitfossilien
b)Sea-Floor Spreading ist
der Mechanismus, der die Kontinentalverschiebung antreibt. An gewissen
Stellen der Ozeane gibt es schlangenförmige Gebirge. Geologen
konnten zeigen, daß die ozeanische Erdkruste sich dort auseinanderbewegt
und dazwischen neues geschmolzenes Material austritt (Magma), das
sich abkühlt und neue Kruste bildet.(siehe oben)

Mehr zu diesem Thema siehe auch hier: http://www.pmel.noaa.gov/vents/

Erdkruste und Atmosphäre bilden zusammen ein Gleichgewichtssystem.
Zur Erinnerung nochmals die Zusammensetzung der heutigen Atmosphäre,
aufgelistet nach den häufigsten Bestandteilen:

Stickstoff = N2
(78%)
Sauerstoff = O2 (21%)
Wasser = H2O (<1% bis 4%)
Argon = Ar (1%)
Kohlenstoffdioxid = CO2 (0.037% heute)
Methan = CH4 (1.7 ppm = 0.00017%)
Die Gaszusammensetzung der Atmosphäre veränderte sich
im Laufe der Erdgeschichte ständig. In den letzten 600 Millionen
Jahren schwankte die Sauerstoffkonzentration zwischen ca. 15 – 35%
und und war in den letzten 200 Millionen Jahren mit ca. 25% meist
höher als heute. Auch die CO2-Konzentration sank im Zeitraum
von 600 Millionen Jahren beständig vom ca. 15-fachen von heute
auf nun 0,037% und war ebenfalls meist deutlich höher, aber
immer deutlich unter 1%.

    • 1.

O2

    • benötigen wird zum Atmen
    • 2.

CO2

    brauchen die Pflanzen zur Photosynthese

CO2 wird im Kohlenstoff-Kreislauf umgewandelt. (siehe Ökologie).
Unter anderem trägt es während der Plattentektonik zur Bildung
von ozeanischem Sedimentgestein bei.

Wasser reagiert mit CO2 um Kohlensäure zu bilden. Die
Kohlensäure reagiert mit Calcium und Magnesium – Silicatgestein zu
Calciumcarbonat CaCO3 ( Kalkstein) oder Magnesiumcarbonat
= MgCO3 ( Dolomit) und Siliziumoxid SiO2
(Quartz).

CO2 + CaSiO3 => CaCO3 + SiO2
oderCO2 + MgSiO3 => MgCO3 + SiO2

Diese werden hauptsächlich in den Ozeanen als Sediment begraben.
Dies bedeutet einen Verlust der atmosphärischen Konzentration. Ursprünglich
entsteht CO2 durch Lava und Gase, die aus den Spalten und übereinanderliegenden
Erdplatten ausströmen. Dort entsteht CO2 wieder aus den Materialien
zurück, die an der Oberfläche dadurch entstanden sind.

CaCO3 + SiO2 => CO2 + CaSiO3

Das Calciumsilicat (CaSiO3) strömt als Lava aus und
bildet einen Teil der Erdkruste, das CO2 entweicht bei Vulkanexplosionen
bzw. gast in Subduktionszonen aus. Dieser Zyklus dauert Jahrmillionen.

Dieser geologischer Kohlenstoffkreislauf ist unten abgebildet, zusammen
mit der Plattentektonik.

_ccycle - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienDabei ist Corg das Abbauprodukt durch die Kohlenhydrate aus der
Photosynthese.

  1. Astenosphäre (Erdmantel)
  2. Lithosphäre (Erdkruste)
  3. Kontinentalkruste
    meist Granit
  4. ozeanische Kruste (meist
    Basalt)
  5. Sediment in den ozeanischen
    Becken
  6. Eruptionsgestein (Lava)
  7. Ozean

Die Bereiche der Umwandlung sind Subduktionszonen,
in denen sich eine Erdplatte unter die andere schiebt. Die Erde
erhitzt sich in unteren Bereichen, Vulkane entstehen.

Das atmosphärische CO2 ist also die Differenz aus der
Ausgasung des Eruptions- und Umwandlungsgesteins und dem Verbrauch durch
Photosynthese und Wetter.

Ohne Photosynthese würde der ganze Sauerstoff sich mit den reaktiven
Mineralien und organischen Stoffen verbinden. Dadurch würde sich
CO2 in der Atmosphäre anreichern, was zu einem Super-Treibhauseffekt
wie auf der Venus führen würde.

Die Organismen tragen also ist also direkt zur Stabilität unserer
Atmosphäre bei.

Das Fehlen von Sauerstoff in der frühen Atmosphäre bedeutete,
daß es keinen Ozonschicht gab. [Man braucht mindestens 0.2% atmosphärischen
Sauerstoff um eine Ozonschicht zu bilden]. Die ultraviolette (UV) Strahlung
war deshalb recht hoch. Die frühen Ozeane, die ca. 90% der Erde bedeckten
waren vermutlich sehr warm, ca. 80-100 °C, mit hohen Konzentrationen
an Schwefel und CO2 und einem niedrigen pH von 6.0.

Die Luft und die Meerestemperaturen kühlten sich auf ca. 30-50
°C vor 3.2 Milliarden Jahren ab und die atmosphärische CO2-Konzentration
nahm ständig ab, als sich mehr Landmassen bildeten.

Kontinentalverschiebung
Um die globale Verbreitung von Fossilien verstehen zu können, ist
weiterhin die Kenntnis der Kontinentalverschiebung nach Alfred
Wegener wichtig. (siehe oben)

tecm234 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, Leitfossiliengeol3 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienDanach hat sich im Laufe der Erdgeschichte die Landmasse vor ca.
250 Millionen Jahren zu einem Urkontinent zusammengetan, genannt
Pangäa, aus dem alle
heutigen Kontinente hervorgegangen sind.

Eine Animation dieses Vorgangs seit der Bildung von Pangaea ist
oben zu sehen.

f1_4 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienDies erklärt die Verbreitung gleicher Fossilien über
die südlichen Kontinente.Die Fossilien wie Cynognathus, Glossopteris, Lystrosaurus und
Mesosaurus
sind unten genauer beschrieben.

smgloss - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, Leitfossilien
Glossopteris browniana

Glossopteris war eine Gattung bestimmter Samenfarne, die
in Indien, Südamerika, Südafrika, Australien und in der
Antarktis gefunden werden.

Sie wurden Ende des Trias ausgerottet.

5084 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienMesosaurus

war ein fleichfressendes Reptil im Süßwasser des späten
Carbons bis frühen Perms. Er war leicht gebaut, hatte einen
verlängerten Kopf und einen flachen Schwanz und maß insgesamt
ca. 45 cm.

Er war eines der ersten aquatischen Reptilien nach der Eroberung
des Landes durch die Tiere.

Cynog2 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienCynognathus

war ein säugetierähnliches Reptil (Therapsid),
etwa wolfsgroß und lebte zu Beginn des Trias.

Er besaß einen kurzen Schwanz, war Fleischfresser und vermutlich
Warmblütler.

S796PA - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienLystrosaurus
war ein kräftig gebautes, ca. 1m langes Säugetier-ähnliches
Reptil zu Beginn des Trias. Er besaß einen kurzen Schwanz und
statt Zähne 2 Fangzahn-artige Gebilde aus Horn.
Er war ein Pflanzenfresser und lebte in Herden in der Nähe von
Sümpfen.
gc1 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienBeim Studium der Fossilien sind 3 Fakten von Bedeutung:

  • Fossilien repräsentieren die Überreste früherer
    Lebewesen
  • Die meisten Fossilien sind von ausgestorbenen Organismen
  • Die Fossilien in Gestein verschiedenen Alters differieren,
    da sich die Erde mit der Zeit geändert hat.

Links Sandstein in Arizona USA, Grand Canyon

Wenn wir die oberste Schicht untersuchen und dann immer weiter zu älteren
Schichten gehen, kommen wir irgendwann zu einer Schicht, die keine menschlichen
Fossilien mehr beinhaltet. Gehen wir weiter in der Zeit zurück kommen
wir zu Schichten, wo wir keine Fossilien von Blütenpflanzen, keine
Vögel, keine Säugetiere, keine Reptilien, keine Amphibien, keine
Landpflanzen, keine Fische, keine Muscheln und keine Tiere mehr finden.

Die oben genannten 3 Fakten werden zum Gesetz
der Fossilisation
zusammengefaßt:

Die Fossilien der Pflanzen und Tiere ändern sich mit der
Zeit. Finden wir die gleichen Fossilien in Gestein an verschiedenen
Orten, haben sie dasselbe Alter!
Man nennt die in bestimmtem Gestein typischen Fossilien Leitfossilien.

Beispiel der Zuordnung eines Fossilfundes:

_anchloc - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, Leitfossilien

Fossilfundstätte in Neuschottland, Canada

_anchis0 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, Leitfossilien


Rekonstruktion des Saurierskeletts ( Anchisaurus sp.), das
links gefunden wurde

Stellen Sie sich vor, wir finden hier (siehe oben links) ein Skelett eines Tieres. Wie können Sie die Zugehörigkeit zu einer Spezies und das relative Alter des Skeletts bestimmen?

Man kann nun entweder irgendwelche Geschichten erfinden oder einen Paläontologen
fragen, der mit all seinem wissenschaftlichen Verstand aufgrund 500 Jahren
Wissenschaftsgeschichte und 250 Jahren geologischer Forschung nachweist,
daß es sich um einen Dinosaurier, vermutlich Anchisaurus
handelt, der überall in der Welt nur in Gestein des späten
Trias
und frühen Juras (Mesozoikum) also vor ca. 200
000 000 Jahren
existierte.

Wie kommt man zu dieser Aussage?

Knowhow aus der Geologie und Paläontologie hilft uns, besonders:

die STRATIGRAPHIE, die BIOSTRATIGRAPHIE und die GEOCHRONOLOGIE. Das Wissen geht zurück bis ins 17. Jahrhundert. Wir berücksichtigen die

  • 4 Prinzipien der STRATIGRAPHIE von Nicolaus Steno (1638-1686)
  • das Prinzip des UNIFORMITARIANISMUS von James Hutton (1726-1797)
  • die Prinzipien der Leitfossilien nach William Smith 1769-1839
  • die Erkenntnisse Charles Lyells (1797-1875) und
  • Charles Darwins (1811-1882).
  • Zur radiometrischen Altersbestimmung des Gesteins verlassen wir uns auf die Vorschläge und Prinzipien von Ernest Rutherford (1902), Bertram Boltwood 1905 und Arthur Holmes 1911- 1927.

Wie man sieht, steckt eine geballte Ladung Fachwissen hinter einer einfachen wissenschaftlichen Aussage.

_anchlo1 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienDie Nachzeichnung der Schichten in der Fundstelle verdeutlicht die Gesteinsunterschiede. Der Geologe analysiert zunächst die Gesteine der Fundstelle:

1. der geschichtete Sandstein ist jünger als der aus Lava entstandene Basalt links und unten. Auch kann er über die wahrscheinliche Herkunft des Sandsteins etwas sagen.

Nun untersucht er die Knochen des vermeintlichen Fossils.

2. Vergleichende anatomische Kenntnisse überzeugen ihn, daß es sich um einen Saurier ( vermutlich Anchisaurus) aus dem Ende des Trias im Mesozoikum handeln muß.

Ein wichtiges Merkmal für Saurier ist das Loch in der Hüftpfanne.(siehe rechts)

Nun analysiert er die Erdformation der umliegenden Gegend.

3. Das Bild unten zeigt den Lavafluß als braunen und grauen Basalt der nördlichen Gebirge, typisch für Ablagerungen aus dem Trias und frühen Jura.

_saurish - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, Leitfossilien
_fi2 - Paläontologie: Belege für Evolution, Plattentektonik, LeitfossilienEr führt eine radiometrische Altersbestimmung
durch.
Untersuchungen mit der K/Ar-Methode ergeben ein Alter von ca. 200 000 000 Jahren.

Er sucht nach weiteren Fossilspuren aus der vermuteten Zeit.

Die graue Schicht am unteren Bildrand enthält fossile Pflanzenpollen. Sie korrelieren gut mit Funden aus England und Deutschland aus Trias und Jura.

Unterhalb der grauen Schicht befinden sich unterschiedliche fossile Pollen, wie sie an der Fundstelle des Sauriers zu sehen sind.

Der Geologe schließt daraus, daß die Steine, die um die Saurierknochen lagen jünger sind, wie der Lavafluß im Trias/Jura-Übergang.

Weitere Überprüfungen anderer Fossilien und alternative Altersbestimmungen folgen usw.

Da wir Biologen keine Geologie studiert haben, können wir diese Schlußfolgerungen zunächst nicht exakt nachvollziehen.

Weiterführende Quellen:

Evolutionhttp://www.iup.edu/~rgendron/bi112-a.html
http://www.nap.edu/readingroom/books/evolution98/contents.html
HTTP://biology.fullerton.edu/courses/biol_404/web/hol/hol_ch1.html
Fossilien, Gestein und Zeithttp://pubs.usgs.gov/gip/fossils/contents.html
Dynamik der Erde, Plattentektonikhttp://pubs.usgs.gov/publications/text/dynamic.html
http://www.mc.maricopa.edu/academic/phy_sci/Geology/tectonic/index.html
Kontinentaldrifthttp://www.clearlight.com/~mhieb/WVFossils/continents.html
Fossilienhttp://geology.er.usgs.gov/paleo/groups.shtml
Lebende Fossilienhttp://www.palaeo.de/edu/lebfoss/ausstellung/index.html
Alter der Dinosaurierhttp://www.nova.edu/ocean/biol1090/W-DINO-SYLLABUS.htm
Quartär und Altersbestimmunghttp://academic.emporia.edu/aberjame/ice/lec10/lec10.htm
Paläontologiehttp://www.amnh.org/index.html
http://www.ucmp.berkeley.edu/index.html
http://www.geologie.uni-halle.de/palges/pg.html
http://www.fossil-company.com/time_line/index.html
Karten der Erde der Vorzeithttp://www.scotese.com/earth.htm
Erdgeschichte, Geologiehttp://pubs.usgs.gov/gip/geotime/contents.html
Fossilisationhttp://www.mov.vic.gov.au/dinosaurs/fossintro.stm
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