In den Herbstferien wird es im Geomuseum der Universität Münster urzeitlich: Am 28. und 29. Oktober lädt das Museum jeweils von 11 bis 12 Uhr zu einer Familienführung über Fossilien ein. Kinder von acht bis zwölf Jahren können gemeinsam mit ihren Familien oder Begleitpersonen erkunden, welche Fossilienarten es gibt und wie Fossilien entstehen. Die Teilnahme ist kostenlos.

Im Mittelpunkt steht die Erdgeschichte über viele Millionen Jahre – mit Lebewesen aus früheren Meeren und vom Land. Auch das Mammut, das Wappentier des Geomuseums, kommt vor. Pro Führung sind höchstens zwölf Personen zugelassen; eine Anmeldung ist erforderlich beziehungsweise wird erbeten.

Was überhaupt als Fossil gilt

Fossilien sind Zeugnisse vergangenen Lebens. Gemeint sind Überreste oder Spuren, die älter als 10.000 Jahre sind und geologischen Zeitaltern vor dem Holozän angehören. Körperfossilien können ganze Lebewesen oder Körperteile sein, etwa Knochen, Zähne, Muscheln, Holz, Blätter oder Korallen. Spurenfossilien erzählen dagegen von dem, was ein Tier oder eine Pflanze hinterlassen hat: Trittsiegel, Fährten, Grabgänge, Baue, Nester, Bohr-, Fraß- und Bissspuren, Eier, Kot, Gewölle und Speiballen.

Die Entstehung heißt Fossilisation, erforscht werden Fossilien hauptsächlich in der Paläontologie. „Versteinerung“ oder „Petrefakt“ ist allerdings nicht gleichbedeutend mit Fossil: Nicht jedes Fossil ist mineralisiert. Gewebe kann durch Minerale oder Sediment ersetzt werden; diese unveränderte Körpersubstanz beziehungsweise ihr Ersatz durch Minerale heißt Originalerhaltung. Bei Tieren bleiben meist mineralische Hartteile erhalten, während Weichteile schlechte Chancen haben. Großflächig erhaltene Dinosaurierhaut ist entsprechend selten.

Zu den Körperfossilien zählen Makrofossilien, die mit bloßem Auge sichtbar sind, Mesofossilien für die Lupe, Mikrofossilien für das Lichtmikroskop und Nannofossilien, die erst unter dem Elektronenmikroskop sichtbar werden. Chitin von Gliederfüßern sowie Sporopollenin in Pollen und Pflanzensporen halten sich vergleichsweise gut. Pflanzenreste werden häufig inkohlt: Unter Luftabschluss verlieren sie Wasser, werden chemisch umgewandelt und reichern Kohlenstoff an. Eine seltene Form der Originalerhaltung ist der Einschluss in Bernstein, in dem sich vor allem Pflanzenteile und kleine wirbellose Landtiere finden – außerdem Insekten, Federn und Pflanzenfragmente.

Hier könnte Ihr Advertorial stehen
Ein Advertorial bietet Unternehmen die Möglichkeit, ihre Botschaft direkt im redaktionellen Umfeld zu platzieren

Vom Steinkern bis zum Koprolithen

Fossilisation gelingt nur unter bestimmten Umständen. Nach dem Tod werden Organismen meist von Aasfressern, Bakterien, Sauerstoff und Verwitterung zerstört. Bessere Aussichten bestehen bei schneller Bedeckung durch Schlamm, Überschwemmungen oder Vulkanasche, in sauerstoffarmen Umgebungen, bei mineralreichem Grundwasser und über Millionen Jahre stabilen geologischen Bedingungen.

Bei der Permineralisation füllen Mineralien die Poren von Knochen, Muscheln oder Holz. Verkohlung hinterlässt nach Druck und Hitze einen Kohlenstofffilm. Bei Abdrücken und Ausgüssen werden Hohlräume durch Mineralien ausgefüllt. Ein Steinkern entsteht, wenn Sediment das Innere eines Gehäuses füllt und sich die ursprüngliche Schale später auflöst. Beim Prägesteinkern zeichnet sich zusätzlich die äußere Skulptur ab. Ein Marksteinkern füllt die Markhöhle von Pflanzenstängeln – typisch für Calamiten. Der Abdruck ist die Negativform eines Körpers oder Steinkerns, nachdem die ursprüngliche Substanz vollständig entfernt wurde.

Steinkerne kennt man besonders von älteren Mollusken mit aragonitischen Gehäusen, darunter Ammoniten, Schnecken und bestimmte Muscheln. Abdrücke von Wirbeltieren lassen sich mit Latex oder Silikon ausgießen; der positive Abguss macht die Anatomie untersuchbar. Spurenfossilien reichen von Trittsiegeln und Fährten über Grabgänge und Bohrspuren in Holz oder Kalkstein bis zu Fraß- und Bissspuren, fossilen Eierschalen, Kotpillen, Koprolithen, Gewöllen und Speiballen. Koprolithen und Gewölle enthalten teilweise Beutereste und bilden damit ein Bindeglied zwischen Spuren- und Körperfossilien.

Haizähne gehören wegen des lebenslangen Zahnwechsels zu den häufigsten Wirbeltierfossilien. Das knorpelige Skelett der Haie bleibt dagegen selten erhalten. Weniger einprägsam, aber für die Forschung ebenso wichtig sind chemische Fossilien: erhaltene Biomarker und organische Moleküle. Mikrofossilien wie Foraminiferen, Kieselalgen, Radiolarien, Pollen und Sporen helfen bei der Datierung von Gesteinen und bei der Rekonstruktion früherer Klimata.

Eine Geschichte voller Lücken

Seit Beginn des Phanerozoikums vor 538,8 Millionen Jahren entstanden schätzungsweise etwa eine bis 1,6 Milliarden Tier- und Pflanzenarten. Weniger als ein Prozent davon blieb fossil erhalten. Fossilisation setzt selten ein, und selbst erhaltene Reste können später durch Verwitterung, Erosion oder Gesteinsmetamorphose zerstört werden. Bis 1999 waren rund 250.000 fossile Arten wissenschaftlich beschrieben.

Die Gesamtheit der bekannten fossilen Arten und ihrer Vorkommen heißt Fossilbericht oder Fossilüberlieferung. Sie ist ein wichtiges Argument für die Evolutionstheorie: Zahlreiche ausgestorbene Organismen und Gruppen wären aus heutigen Arten allein nicht erschließbar. Fossilien zeigen auch Übergänge über ökologische Grenzen hinweg – etwa die Besiedlung des Landes durch Pflanzen, Gliederfüßer und Wirbeltiere.

Spuren und Körperreste können frühere Nahrungsketten und Räuber-Beute-Beziehungen sichtbar machen. Tyrannosaurus-Zähne in Knochen pflanzenfressender Dinosaurier sind dafür ein Beispiel; Pflanzenreste in der Magenregion des vermutlich pflanzenfressenden Protorosaurus ein weiteres. Geochemische Untersuchungen, vor allem von Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopen, geben Hinweise auf frühere lokale und globale Umweltbedingungen sowie Paläotemperaturen. Größenvergleiche wechselwarmer Wirbeltiere können relative Temperaturunterschiede früherer Lebensräume anzeigen. Mikrostrukturen von Meeresorganismen belegen sogar, dass die Tageslänge durch Wechselwirkungen im Erde-Mond-System über Hunderte Millionen Jahre zunahm.

Als älteste mögliche Fossilbelege gelten Stromatolithe aus Grönland mit einem Alter von bis zu 3,7 Milliarden Jahren. Hämatit-Filamente aus dem Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel könnten sogar bis zu 4,28 Milliarden Jahre alt sein; möglicherweise handelt es sich um Überreste primitiver Einzeller aus Ablagerungen hydrothermaler Quellen.

Marine Fossilien auf dem Festland wurden bereits in der Antike und im Mittelalter beobachtet. Xenophanes, Eratosthenes und Leonardo da Vinci deuteten sie als Überreste von Lebewesen beziehungsweise als Hinweise auf frühere Meeresbedeckung. Aristoteles und spätere Scholastiker hielten sie dagegen für „Launen der Natur“. Den Begriff „Fossil“ verwendete Georgius Agricola 1546 zunächst allgemein für ausgegrabene Kuriositäten, darunter Minerale, Artefakte und Konkretionen. Später wurde die Bedeutung auf Zeugnisse urzeitlichen Lebens eingeengt; Jean-Baptiste Lamarck trug mit seinem Werk von 1801 zur modernen Verwendung bei. Nicolaus Steno wies 1667 als erster neuzeitlicher Gelehrter nach, dass Fossilien Reste früherer Lebewesen sind.

Das Adjektiv „fossil“ kann auch geologisch alte Bildungen ohne direkten Bezug zu Lebewesen bezeichnen, etwa fossile Energieträger oder fossiles Wasser. Das Gegenstück ist „rezent“ für geologisch junge Bildungen. „Subfossil“ oder „subrezent“ beschreibt Übergangsbereiche zwischen fossil und rezent, typischerweise quartäre Bildungen bis etwa 8000 v. Chr.; in der Paläobotanik kann „subfossil“ auch eine unvollständige Fossilisation meinen. Vor dem Holozän ausgestorbene Arten heißen in Biologie und Paläontologie fossile Arten. In der Geomorphologie bezeichnet „fossil“ heute noch vorhandene, aber nicht mehr aktive Oberflächenformen, etwa inaktive holozäne Kliffs.

Schichten lesen, Lebensräume rekonstruieren

Das Gesetz von Steno besagt: In ungestörten Sedimentschichten liegen die ältesten Schichten