Fossile

Il termine fossile (dal latino fodere, "scavare") in paleontologia viene abitualmente usato per indicare resti integri o parziali di organismi un tempo viventi; più in generale, viene usato per una qualsiasi testimonianza di vita geologicamente passata (antecedente all'epoca attuale): resti animali, quali ossa, denti, uova, conchiglie; resti vegetali, quali foglie, tronchi, pollini; evidenze di attività vitale (strutture di bioturbazione come tane e orme); tracce legate all'alimentazione (coproliti).

Questo termine venne introdotto da Gregorio Agricola per indicare tutto quanto fosse estratto dalla terra scavando, ed inizialmente era utilizzato anche per i minerali, oltre che per i resti di animali e vegetali, al cui riferimento in seguito venne limitato l'utilizzo.

Definizione generale

La fossilizzazione di un resto di un animale o di un vegetale è un evento raro. Infatti non appena gli animali o le piante muoiono ne inizia la decomposizione. Sebbene le parti più resistenti, come conchiglie, ossa e denti degli animali o il legno delle piante, resistano più a lungo dei tessuti molli, spesso questi elementi vengono disgregati da agenti naturali esterni (fisici e chimici), come vento e acqua corrente, e anche dall'azione di animali necrofagi (agenti biologici).

Generalmente, per subire un processo completo di fossilizzazione, un organismo deve essere sepolto rapidamente dopo la sua morte, prima che ne subentri la decomposizione o venga aggredito dagli agenti demolitori. Nella maggior parte dei casi questo seppellimento avviene ad opera della deposizione di sedimenti, come la sabbia o il fango trasportati dall'acqua, che ricoprono, depositandosi al fondo, gli organismi morti.

Il processo di trasformazione di un organismo vivente in un fossile può durare diversi milioni di anni. Lo studio di tutti i processi che vanno dalla morte dell'organismo alla sua fossilizzazione è compito della Tafonomia, quel ramo della Paleontologia che cerca appunto di ripercorrere tutte le tappe che hanno contribuito alla formazione di un fossile.

Alcuni fossili possono essere considerati come una porzione di materia (e quindi di energia) imprigionata che, sfuggendo alla decomposizione e trasferendosi dalla biosfera alla litosfera, viene sottratta all'ecosistema vivente. Questa energia viene, ad esempio, sfruttata dall'uomo mediante l'impiego dei combustibili fossili (carbone e petrolio) nelle varie attività industriali.

Dove si rinvengono i fossili

I fossili si trovano inglobati nelle rocce sedimentarie abbondantemente presenti nella parte superiore della crosta terrestre. Utili per la datazione delle rocce calcaree mesozoiche sono: stromatoliti, ammoniti, belemniti, bivalvi, gasteropodi, brachiopodi, echinodermi, crinoidi, denti isolati di squalo e microfossili.

La datazione relativa eseguita con i fossili guida è di enorme importanza ed è servita alla definizione e alla caratterizzazione delle ere e dei periodi geologici.

Le rocce ignee intrusive sono prive di fossili, quelle vulcaniche effusive in qualche raro caso contengono fossili di organismi rimasti sepolti durante l'eruzione vulcanica che le ha generate. Tracce di fossili sono talvolta rinvenibili in rocce metamorfiche derivanti da processi metamorfici di bassa intensità su rocce sedimentarie.

Datazione tramite i fossili Il criterio di datazione dei fossili si basa sulla stratigrafia, la quale afferma che, normalmente, gli strati più bassi del terreno sono più antichi di quelli superiori (principio geologico della sovrapposizione di Stenone, vedi Evoluzione#Prove paleontologiche). Utilizzando tale criterio si può confrontare un certo fossile con altri rinvenuti in strati di altre località per vedere se appartengono allo stesso tempo oppure no. Tale metodo si basa sui fossili guida, che sono caratterizzati dalla diversificazione e da rapida evoluzione. Con i metodi degli isotopi radioattivi e del carbonio 14 si può avere la datazione radiometrica, che misura l'età della roccia in anni, ma che risulta meno preciso del metodo della datazione relativa.

La misurazione del tempo geologico, cioè la ricostruzione della storia della Terra, con l'attribuzione di date relativamente precise è una conquista recente; L'attuale datazione si basa soprattutto su due metodi cronologici, che hanno fornito dati molto attendibili: datazione assoluta e datazione relativa con le opportune distinzioni.

Fossili viventi

Il termine fossile vivente fu coniato da DarwinDarwin, C (1859) On the Origin of Species. Chapter 10: On the Imperfection of the Geological Record. per indicare particolari tipi di organismi, animali o vegetali, con caratteristiche morfologiche primitive e soggetti ad un processo evolutivo molto lento.

Molti di questi sono stati scoperti recentemente, perché prima erano ritenuti estinti. Ai fossili viventi appartengono tipi diversi di organismi: Organismi che sono gli unici rappresentanti viventi di gruppi estinti da tempo. Un esempio è quello del pesce Latimeria chalumnae, pescato nel 1938, alle foci del Chalumna in Sudafrica. L'esemplare era lungo 1,50 m e pesava 57 kg, ed incuriosì a tal punto i pescatori, che lo mandarono imbalsamato al Museo di East London. La direttrice del Museo, la Dottoressa Marjorie Courtenay-Latimer, riconobbe in quell'esemplare le caratteristiche dei Crossopterigi Celacantiformi, pesci a pinne "muscolose" (Sarcopterygii) nati durante l'Era Paleozoica, 400 milioni di anni fa, e ritenuti estinti nella grande estinzione che eliminò anche i dinosauri. Organismi che mantengono caratteri primitivi del gruppo che si è invece altamente differenziato. Un esempio è l'Opossum, mammifero marsupiale che presenta caratteri molto simili ai suoi parenti del Cretaceo. Fra gli Artropodi possiamo ricordare il Limulo, praticamente identico alle forme fossili del Giurassico. Organismi che rimangono immutati per un lungo intervallo di tempo. Esempi classici sono il brachiopode Lingula dell'Ordoviciano, e il cefalopode Nautilus, invariato dal Triassico ad oggi, ritenuto estinto fino al 1829, quando per la prima volta ne venne osservato uno in vita.

Non mancano fossili viventi anche tra i vegetali, come il genere Ginkgo (Gimnosperma), comparso nel Giurassico e arrivato ai giorni nostri con l'unica specie Ginkgo biloba senza modificazioni sostanziali.

Tipi di fossili Vi sono quattro tipi fondamentali di fossili: resti originali, resti sostituiti, modelli o calchi, tracce.

Resti originali

In casi particolari, i fossili rinvenuti possono essere interi corpi di animali perfettamente conservati grazie a particolari condizioni ambientali verificatesi nel tempo dopo il decesso. Ad esempio sono stati ritrovati interi corpi, perfettamente conservati sotto i ghiacci della Siberia, di mammut, un tipo di elefante diffuso nell'era quaternaria in Europa. La loro estinzione, tuttavia, è ancora oggetto di studio e si pensa che le cause siano riconducibili ad un profondo mutamento climatico occorso alla fine del Pleistocene, al termine dell'era glaciale.

Sono stati rinvenuti fossili di insetti, ragni e vegetali perfettamente conservati all'interno di forme di resina indurita, l'ambra, in special modo lungo le coste del mar Baltico risalenti al periodo dell'Oligocene.

Ulteriore esempio di fossile composto da resti originali sono le cosiddette "lumachelle", ossia fossili di molluschi che col tempo hanno formato con la conchiglia che li contiene strutture rocciose all'interno del sedimento calcareo.

Nei pressi di Rancho La Brea, Los Angeles, in California, sono stati rinvenuti grossi strati di asfalti con resti fossili di migliaia di animali rimasti probabilmente bloccati in loco dopo aver tentato di raggiungere i grandi laghi colmi di idrocarburi della zona. Essi si avvicinavano ai piccoli laghi per bere e morivano a causa delle esalazioni, il che causò, col tempo, una serie di morti a catena che spiegano l'alto numero di fossili rinvenuti.

In alcuni casi i resti fossili ossei sono talmente abbondanti entro determinati strati da definire questi ultimi come brecce ossee, questo accade in zone che costituivano trappole mortali per gli animali o luoghi ove i cadaveri finivano per accumularsi naturalmente, come aree di acque morte fluviali o grotte e cavità ipogee.

Resti sostituiti

Molti tipi di fossili non sono più composti dal materiale originale che costituiva l'organismo o parte di esso, di cui hanno comunque conservato l'aspetto. L'acqua che scorre nel sottosuolo contiene in soluzione alcuni sali minerali capaci di trasformare le conchiglie (calcaree) e le ossa (fosfatiche) in altri tipi di minerali, come la silice o la pirite. I tessuti dell'organismo possono essere sostituiti da altri materiali per pietrificazione, processo in cui la sostanza organica dell'essere vivente viene sostituita da sostanze minerali. Di solito si parla di silicizzazione quando il materiale "pietrificante" è la silice, o calcitizzazione, quando essa è la calcite. Altri tipi di pietrificazione, meno comuni, sono la gessificazione (provocata dal gesso), la piritizzazione (pirite).

I famosi alberi pietrificati di Holbrook, nell'Arizona, (Petrified Forest National Park) sono un esempio di tronchi pietrificati. La loro formazione fu causata dall'acqua del sottosuolo che, con un particolare tipo di silice amorfa, sostituì, nel corso di un lunghissimo processo, il legno in decomposizione.

La sostituzione dei resti organici raggiunge il suo apice quando, del materiale organico, in particolare di quello vegetale ed in misura minore di quello animale, restano soltanto quantità variabili di carbonio organico che, in seguito alla combustione, può ritornare sotto forma di CO2.

Modelli e calchi

Oltre alle parti molli di un animale, talvolta anche le parti dure (conchiglie, ossa o foglie) si dissolvono completamente, lasciando nella roccia un'impronta che mostra solo quale era la forma del fossile.

Sui gusci si possono distinguere i modelli interni, che ripetono la forma della parte interna, ed i modelli esterni, con l'impronta della superficie esterna. Tra modello interno e modello esterno, quando il guscio originale è dissolto, si forma una cavità con la forma tridimensionale del guscio. Se tale cavità si riempie con nuove sostanze minerali, si ottiene il calco naturale o modello, cioè la riproduzione dell'originale. La composizione chimica e mineralogica del calco può essere simile a quella originaria, ma anche completamente diversa.

In casi particolari, modelli e calchi possono riguardare parti molli, quindi è possibile trovare anche impronte di felci, di foglie, di pinne di pesci, membrane alari.

In rari casi fortunati si rinvengono anche impronte di epidermide di vertebrati, come per esempio dinosauri, associati ai loro resti ossei. Perché ciò avvenga è necessario un rapido seppellimento dell'animale dopo la sua morte, ad opera di una sedimentazione fine e l'assenza di successivi fenomeni di disturbo del sedimento. Occorre anche una particolare attenzione durante la fase di scavo per non distruggere queste fragili tracce.

Tracce fossili

Le tracce di animali, in movimento sui fondali marini o lacustri, oppure nel fango o nelle sabbie dei terreni alluvionali o nelle regioni dei delta, possono essere conservate dal processo di consolidamento dei sedimenti (diagenesi).

Nelle rocce sedimentarie, soprattutto quelle a grana più fine (come argilliti e calcari fini), sono state trovate orme di dinosauri, altri rettili e anfibi, scie e piste di antichi vermi limivori e molte altre tracce lasciate da esseri esistiti in passato. In taluni giacimenti fossiliferi è anche possibile rinvenire particolari fossili quali uova, raramente contenenti embrioni e le cosiddette bromaliti cioè coproliti, cololiti (resti non evacuati del contenuto intestinale), gastroliti e regurgitaliti (vomiti fossili).

Fossili guida La grande maggioranza dei fossili si trova nei sedimenti, cioè nei depositi formati nell'acqua.