Hoe een fossiel in één dag te maken

Miljoenen jaren geleden ontmoette een vogel het einde van zijn leven. Misschien was het toevallig op een speciale plaats op een speciale plaats naar de grond gefladder, waar misschien, misschien wel, de omstandigheden goed waren om zijn overblijfselen miljoenen jaren te behouden. Misschien is het dan naar ons toe gekomen, in de zwarte, schurftige ontsluitingen van de Burgess Shale van British Columbia, of de kalksteen van het Solnhofen-gebied in Duitsland, of de gelaagde sedimenten van de Huajiying-formatie in Oost-China..

Fossielen zijn ongelukken. Alleen de kleinste fractie van botten komt op deze manier terecht, dankzij zeer specifieke combinaties van locatie, temperatuur, druk en tijd. De meeste botten zijn gebroken en vermalen, dus alles wat een fossiel wordt is een zeldzame uitzondering, niet de regel. En binnen dit rijk van uitschieters is er een nog ongebruikelijkere categorie van 'uitzonderlijke' fossielen: soorten die veren, huid of andere anatomische structuren behouden..

Een voorhistorische veer zou de beste kans hebben om rond te hangen als het toevallig was begraven - hoewel nog vers - in fijnkorrelig sediment in een omgeving met weinig zuurstof. (De productieve fossiele sites die hierboven zijn opgesomd hadden dit allemaal voor hen.) Evan Saitta, een postdoctoraal onderzoeker bij het Field Museum of Natural History in Chicago, vergelijkt het scenario met een videogame, waarin een speler moet blijven overwinnen van obstakels en nivellering up. "Je eerdere niveaus zijn dingen als begraven worden door sediment en het voorkomen van microbieel verval", zegt Saitta. "Je moet die niveaus doorgeven met organische stoffen die nog intact zijn."

De ruige Burgess Shale van Canada is een goudmijn voor onderzoekers die op zoek zijn naar uitzonderlijke fossielen. Mark A. Wilson / Public Domain

Fossielen die die hindernissen oplossen en die miljoenen jaren blijven bestaan, zijn vol met informatie voor wetenschappers. Sommigen kunnen melanosomen hebben bewaard, die onderzoekers kunnen gebruiken om de kleur van de huid of het verenkleed van een dier te reconstrueren. Structuren in de veren kunnen helpen verklaren hoe ze zijn ontstaan ​​en zijn geëvolueerd. Maar uitzonderlijke fossielen zoals deze zijn zo zeldzaam dat paleontologen die taphonomie bestuderen - het proces van hoe fossielen worden gevormd - veel vragen hebben. Welke moleculen wel en niet volharden? Hoe worden degenen die verdragen veranderd door de hitte en druk?

Saitta is van mening dat hij, zijn gediplomeerde adviseur Jakob Vinther, van de Universiteit van Bristol, en hun medewerker Tom Kaye van de Stichting voor Wetenschappelijke vooruitgang, een manier hebben verzonnen om deze vragen te onderzoeken: door hun eigen fossielen in een laboratorium om te vormen.

In een nieuw artikel in palaeontologie, Saitta en het bedrijf schetsen het recept voor een doe-het-zelf fossiel. Ze verpakten moderne hagedis-ledematen, kippenveren en plantmateriaal - "in principe zo vers als je kunt krijgen", zegt Saitta - in kleitabletten en verhit deze vervolgens in standaard labovarens op ongeveer 410 graden Fahrenheit, bij een druk van 3.500 psi.

Aangezien het organische materiaal ingepakt was, was er geen manier om zeker te weten wanneer het goed en klaar was zonder het pakket open te breken. Na wat experimenten, vonden de onderzoekers dat 24 uur de juiste plek leek om de rijping van een fossiel na te bootsen onder geothermie en diepe tijd. Opschudden van de hitte zou een beetje kunnen compenseren, want Saitta voegt eraan toe, dus hij was niet al te bezorgd om het te gaar te maken.

Een veer, voor en na DIY-fossilisatie. Met dank aan Evan Saitta

Dit is niet de eerste keer dat onderzoekers hebben geprobeerd om 'fossielen' in een strak schema te rijpen, maar Saitta denkt dat hun techniek succesvoller is dan eerdere inspanningen. Naast het niet behalen van de resultaten waar onderzoekers op hoopten, kregen sommige van deze pogingen een kleine fout. Wanneer een fossiel in de grond wordt gevormd, kunnen eiwitten uitlekken terwijl ze worden afgebroken. In eerdere onderzoeken in afgesloten capsules werden keratineproteïnen in veren en schubben ingesloten en uitgegooid tot een rang-goo die naar verbrand haar rook, zegt Saitta. Deze keer was het organische materiaal ingekapseld in poreus sediment dat ruimte liet voor uitloging van deze eiwitten, wat leidde tot betere resultaten en minder van een ick factor. Hun gebakken fossielen zien eruit als het echte werk, en toen ze ze onder een scanning-elektronenmicroscoop bestudeerden, zagen ze melanosomen. "Dat is een indicatie dat wat we doen vergelijkbaar is met het natuurlijke systeem van fossilisatie," zegt Saitta.

Maria McNamara, een paleobioloog en expert in uitzonderlijke fossielen aan University College Cork, die niet betrokken was bij de ontwikkeling van dit experimentele protocol, vertelde Ontdekken dat, hoewel het proces geen perfecte analogie is voor wat er gebeurt gedurende miljoenen jaren in de grond, het een geloofwaardige inspanning is. "We kunnen de natuurlijke omgeving niet repliceren. We kunnen nooit alle variabelen kennen die op het spel stonden, "zei McNamara. "Dus de enige manier waarop we fossilisatie kunnen onderzoeken, is door middel van gecontroleerde experimenten. Ik denk dat deze studie een mooie poging is om die kloof te overbruggen. "

Het doel is nu om het proces te verfijnen en "iets meer en meer als een fossiel te creëren", zegt Saitta, "zodat we dan kunnen gaan spelen met hoe deze dingen werken."