Paleontologia

Paleo generale

Fossile

Qualunque resto o traccia di organismi o di attività di organismi vissuti nel passato. La fossilizzazione è un evento raro. Nella maggior parte dei casi, gli organismi morti vengono mangiati, erosi, distrutti, ecc. Solo il 10% delle specie ha lasciato dei resti fossili. La possibilità di fossilizzazione dipende da:

• Composizione e struttura dell'organismo: le parti dure dell’organismo sono più resistenti. Queste sono formate da una particolare materia organica (cheratina, sporopollenina, ecc); le parti che spariscono più difficilmente sono quelle mineralizzate (ossia le parti scheletriche). Le parti mineralizzate sono fatte da carbonato di calcio, fosfati e silice (la trovo in particolari tipi di spugne, oppure diatomee). La struttura è importante perché se ad esempio ho una conchiglia molto sottile è difficile che fossilizzi rispetto un’ostrica.
• Ambiente di deposizione: i sedimenti erosi vengono trasportati in mare. Le rocce sedimentarie sono prevalentemente di ambiente marino. È importante l’ambiente di deposizione perché nei diversi ambienti possono favorire o meno la formazione di fossili. Quindi la velocità di copertura è molto importante.
• Cambiamenti dopo la deposizione: le acque possono essere aggressive, sciogliere la conchiglia oppure alterare la composizione dell’acqua. Possono esserci dei cambiamenti dopo la deposizione; in alcuni casi sono favorevoli, in altri casi lo possono rimpiazzare o cambiare la composizione.

Tafonomia

Studio di organismi penetrati in substrati sabbiosi o fangosi da vivi o dopo la morte. Fattori che favoriscono la fossilizzazione:

• Rapido seppellimento
• Presenza di parti dure

Sostanze che costituiscono gli organismi viventi:

• Materia organica, ovvero idrati di carbonio, grassi e proteine. Composta da parti molli (organi interni, muscoli ecc) e parti dure (polisaccaridi come la chitina, scleroproteine come collagene, cheratina, cellulosa, lignina e sporopollenina).
• Sostanze minerali, ovvero carbonato di calcio, silice e fosfato di calcio.

Solo in pochi casi si può risalire alle cause della morte. Ritrovamenti di forti concentrazioni di fossili su superfici di strato possono essere ricondotti a una moria di massa.

• Aumento dell'apporto di nutrienti in mare
• Sviluppo di fioriture algali
• Morte delle alghe e deposito sul fondo
• Decomposizione delle alghe morte sottrae ossigeno alle acque di fondo (ipossia e anossia).

Non sempre però una forte concentrazione di fossili in uno spazio ristretto è indice di una morte collettiva. Spesso questi accumuli sono dovuti all'opera delle correnti che trasportano gli scheletri e li concentrano in punti determinati.

Processi biostratinomici

• Predazione e necrofagia
• Necrolisi: processi di decomposizione iniziano subito dopo la morte degli organismi. I fattori che controllano il decadimento sono ossigeno, acqua, temperatura e pH. Una conseguenza della decomposizione della sostanza organica è la disarticolazione.
• Macerazione
• Bioerosione
• Dissoluzione pre-diagenetica: dipende dalla composizione chimico-mineralogica originaria, dalla microstruttura, dalla porosità, dal rapporto s/v e dal chimismo delle acque.
• Trasporto: può causare logorio meccanico: abrasione e frammentazione. Può causare anche una deposizione orientata. Quando gli organismi cadono sul fondo tendono a disporsi con l'asse longitudinale parallelo al substrato. Posso avere una deposizione orientata: forme allungate si depongono parallele tra loro con un certo orientamento. Vuol dire che sul fondo c'era una corrente. In alcuni casi posso risalire anche alla direzione della corrente. Se le conchiglie sono rigonfie e non ci sono correnti si dispongono in modo indifferente. Se è presente una corrente si depongono con disposizione unimodale o bimodale: ho una corrente oscillatoria, che va avanti e indietro, si dispongono con l'asse maggiore del corpo perpendicolare rispetto al moto oscillatorio della corrente. Sono quindi paralleli alla cresta dell'onda.

Seppellimento

È importante la velocità di sedimentazione e la granulometria dei sedimenti: se siamo vicino alla costa, posso avere delle ghiaie (2-70 mm) che hanno grande permeabilità e alto drenaggio. I resti di organismi contenuti in esse non hanno una grande possibilità di fossilizzare. Anche le sabbie (2-1/16 mm) hanno un alto drenaggio e favoriscono l'ingresso di acque percolanti spesso acide e ossigenate. Rappresentano una condizione negativa per la conservazione dei fossili. Tuttavia nei fondali marini favoriscono lo sviluppo di organismi fossori e in questo caso costituiscono un elemento positivo. In alcuni ambienti, come le aree deltizie, possono conservare fossili particolari come le tracce degli organismi. I sedimenti più adatti alla fossilizzazione sono le peliti (1/16-1/256). Sono i sedimenti più diffusi. Dati gli ambienti in cui si depositano (marini a bassa energia) e la grana fine, conservano i migliori fossili. La sottrazione dei resti degli organismi ad agenti distruttivi può avvenire per:

• Inglobamento in ambra, bitume o detriti ricchi di sostanze organiche.
• Incrostazione biologica o abiologica (travertino: roccia carbonatica che si forma alle sorgenti di acque idrotermali ricche in carbonato di calcio; quando l'acqua esce si ha una diminuzione di T e P e si ha deposizione di calcite).
• Inglobamento in petrolio greggio: giacimento di bitume di Rancho La Brea, dove esistevano dei laghetti naturali di petrolio.
• Inglobamento in ambra: resina fossile prodotta dal Pinus succinifer nell'area baltica (Eocene-Oligocene) e in Sicilia (Miocene). Gli organismi che rimangono intrappolati subiscono un processo di disidratazione che porta alla scomparsa della sostanza organica. La loro forma esterna rimane ben impressa nella resina ma internamente si creano spazi vuoti.

Fossilizzazione delle parti mineralizzate

• Impregnazione: conchiglia impregnata.
• Ricristallizzazione: il composto chimico non cambia la composizione chimica ma solo l'abito cristallino.
• Sostituzione
• Dissoluzione ed eventuali riempimenti

Una conchiglia con cristalli di calcite che contengono sostanza organica. Viene sepolta, si deposita del sedimento all'interno delle valve e iniziano i processi di fossilizzazione. La sostanza organica nello spessore del guscio si decompone e nei vuoti che si formano, si possono depositare vari elementi (calcite o silicio). Riempimento. Il guscio diventa più pesante e più resistente, più compatto. I fossili non hanno colore poiché i pigmenti si decompongono insieme alla sostanza organica. Aragonite che con variazioni di temperatura e pressione diventa calcite: ricristallizzazione. Si mantiene la forma della conchiglia in questo caso ma di solito si perdono alcuni dettagli strutturali del guscio. In altri casi si può avere sostituzione e si ha un cambiamento di composizione (silicizzazione, piritizzazione, fosfatizzazione, dolomitizzazione). Si può anche avere una sostituzione successiva alla ricristallizzazione. In alcuni casi si ha la dissoluzione dei gusci e se la cavità interna era stata riempita posso avere un modello interno e un'impronta esterna. Questa cavità può anche essere riempita da sedimenti grossolani a formare lo pseudoguscio. Formazione di strutture biogeopete: ho una conchiglia che inizialmente ha la parte interna vuota. Viene sepolta e un po' di sedimento riesce a entrare, per gravità si deposita lasciando uno spazio vuoto che può essere riempito successivamente da materiale di precipitazione. Importante per capire se lo strato è dritto o rovescio.

Fossilizzazione della sostanza organica

Condizioni per la conservazione:

• Permineralizzazione o permeazione cellulare: dei composti chimici si depositano all'interno delle cellule, questo fa sì che si abbiano delle conservazioni. Avviene quando si ha la formazione dei noduli carbonatici: sedimento con poco calcio, un pesce muore, viene sepolto e inizia il processo di decomposizione, si libera ammoniaca e si crea un ambiente alcalino, aumento del pH che favorisce la precipitazione del carbonato di calcio, questo richiama gli ioni di calcio in ambiente. Si formano i noduli intorno ai resti organici e il processo si arresta quando finisce la decomposizione. Posso avere questo fenomeno anche con la pirite in acque riducenti o con la silice (acque di circolazione che penetrano nelle cellule).
• Carbonificazione: in ambienti anaerobici le parti molli possono conservarsi come pellicole carboniose per la fermentazione batterica che porta alla eliminazione per distillazione di idrogeno e ossigeno.
• Mummificazione: per disidratazione e conseguente riduzione del volume, sono necessari ambienti chiusi.
• Congelamento o crioconservazione.

Scala di suddivisione della scala geologica

(Prima domanda di esame)

Partiamo dal Precambiano e ci fermiamo al Mesozoico. Le grosse novità faunistiche si trovano in questo periodo. Bisogna sapere la data di inizio ad esempio del Paleozoico.

Precambiano

Parte dalla nascita della terra 4 miliardi di anni fa fino a 540 milioni di anni fa.

Fanerozoico

Quando inizio a trovare abbondanti resti fossili.

Suddivisione ambienti

• Marino-pelagico: comprende tutta la massa d’acqua.
• Bentonico: riguarda il substrato.

Ambienti pelagici: suddivisione in ambiente neritico (massa d’acqua che si trova al di sopra della piattaforma continentale), l’ambiente oceanico (è quello che riguarda il mare). La scarpata termina a circa 200m. A seconda della profondità, l’oceano si divide: quello che interessa a noi è quello epipelagico che arriva a circa 200m, comprende la zona fotica cioè la zona nella quale possono penetrare le radiazioni e quindi fare fotosintesi. Al di sotto c’è il mesopelagico, seguito da batipelagico, abissipelagico, e adopelagico.

Se si prende in considerazione l’ambiente bentonico è quella parte della costa che viene occasionalmente bagnata. Nella zona litorale (compresa fra alta e bassa marea) gli organismi necessitano di particolari accorgimenti. Gli organismi necessitano di essere bagnati e alcune volte di essere asciutti. Anche questi necessitano di emersione e immersione. Poi c’è l’ambiente sub-litorale, che è quello compreso fra la bassa marea e i 200m; ci sono le alghe attaccate sul fondo. La profondità della zona fotica varia in base la latitudine: nelle zone equatoriali la luce penetra più facilmente, alle alte latitudini le radiazioni colpiscono più difficilmente. Al di sotto della zona sub, c’è la zona batiale (dai 1000 ai 4000m) che corrisponde alla scarpata, dove non c’è più fotosintesi; troviamo spugne. Poi c’è la zona abissale che va da 4000m ai 5000m, qui c’è la differenza di diversità e pressione. Nella zona aledale si hanno ancora meno taxa, non ci sono più predatori e aumentano gli organismi necrotici. Con la profondità variano anche le associazioni.

Mobilità

• Planctonici: quelli che vivono nella massa di acqua e non si muovono da soli preventivamente ma si fanno trasportare da questa. Sono sia vegetali che animali. Si parla di fitoplancton per i vegetali e zooplancton per gli animali. Devono essere piccoli: nel caso dei fitoplancton sono unicellulari; negli zooplancton, possono essere unicellulari o stadi larvali di organismi grandi (oloplancton quando sono lavartici, mentre meroplancton quando sono larvali in un solo stadio della loro vita). Le meduse sono pluricellulari, grandi, però sono planctoniche. Sono capaci di movimenti planctonici e sono trasportate dalle correnti.
• Nectonici: sono quelli capaci di muoversi liberamente nella massa d’acqua (es. pesci, natilus).
• Bentonici: quelli che vivono a contatto con il fondo. Possono vivere sopra al substrato (epifaunali) e quelli che vivono all’interno del substrato (infaunali). Gli epifaunali possono essere mobili (vagili->es. stelle di mare o chiocciole), possono essere fissati al substrato, es. coralli oppure ostriche, cozze. Possono fissarsi in maniera diversa. Oppure sedentari che sono organismi che vivono ancorati al substrato che a volte si muovono con piccoli spostamenti occasionali (es. pect). Gli infaunali possono essere perforatori (che riescono a perforare delle rocce) o fossatori (organismi che scavano la loro tana all’interno di sedimenti).
• Epiplanctonici: sono organismi che vivono attaccati a altri oggetti o organismi, teoricamente dovrebbero essere sessili ma sfruttano gli altri organismi galleggianti.
• Necto-bentos: sono quelli che si muovono abilmente ma vivono a contatto con il fondo sabbioso o scoglio, es. sogliola.

Trofismo

Il modo in cui si nutrono e di cosa. In ambiente marino i produttori primari sono alghe, in particolare la posidonia. È costituita da alghe e fitoplancton. I consumatori primari sono ad esempio ricci di mare. I consumatori secondari sono organismi marini che si nutrono di detriti alimentari che trovano sul substrato (depositori) oppure altri che trattengono particelle all’interno filtrando. I carnivori sono i consumatori secondari/terziari. Quelli che vivono all’interno del substrato mangiano sedimento espellendo quello che non serve. I necrofagi si nutrono di organismi morti e i parassiti sono quelli che si nutrono di tessuti di un altro organismo. Mesozoico e cenozoico sono dominati da detritivori. Nel paleozoico dominano i filtratori.

Variabilità all'interno di una specie

Grafico variabilità all'interno di una specie: n esemplari e n coste radiali. Curva bimodale: ammoniti, n. esemplari e rapporto a/b, ottengo 2 picchi. Può indicare che abbiamo 2 specie diverse che hanno un picco di intervallo, che la variabilità è all'interno di due popolazioni leggermente diverse tra loro o che siamo in presenza di dimorfismo sessuale (maschio e femmina diversi tra loro in base a specifici caratteri). Ammoniti, fila superiore sono più grandi, fila inferiore sono più piccole e hanno una protuberanza. Questo è il caso di dimorfismo sessuale nell'ambito di questa famiglia di ammoniti. Per dire ciò è necessario che esemplari grandi e piccoli vengano ritrovati sempre insieme (stessa località e stesso tempo). Si ritiene che le più grandi siano femmine ma è quasi impossibile dirlo.

Istituzione di una nuova specie

Cose obbligatorie:

• Nomenclatura: latino/latinizzato
• Diagnosi: breve
• Descrizione: dettagliata
• Illustrazioni: disegni, fotografia, raggi X.
• Designazione dei tipi: olotipo fondamentale

Cose facoltative:

• Misure
• Numero di esemplari
• Discussione
• Distribuzione geografica e stratigrafica
• Osservazioni: commenti, confronti con specie simili

Tipi della specie:

• Olotipo: l’esemplare scelto dall’autore che rappresenta la specie e che deve essere conservato presso un museo o un istituto di ricerca per eventuali studi successivi.
• Paratipi: altri esemplari scelti dall’autore per illustrare la variabilità.
• Neotipo: designazione di un altro esemplare nel caso in cui il tipo originario sia andato perso.

È possibile cambiare il nome del taxon solo se:

• È stato determinato erroneamente.
• Il nome contravviene alle regole di nomenclatura.

Omonimi: sono nomi identici che denotano specie diverse. Sinonimi: sono nomi diversi attribuiti alla stessa specie. Principio della priorità: il nome valido di un taxon è il più antico nome disponibile.

Descrizione: la cosa più difficile da fare, richiede tempo ma aiuta chi legge. È necessario conoscere la terminologia giusta (gasteropodi: turricolato, fusiforme, naticiforme..). Caratteri omologhi: stessa origine evolutiva. Caratteri analoghi: stessa funzione. Illustrazioni: fotografia efficace ma ci sono troppe informazioni, è necessaria quindi anche la descrizione.

Per le categorie superiori si usa la cladistica: metodo per ipotizzare relazioni tra organismi per ricostruire le linee evolutive attraverso caratteri anatomici, fisiologici e sequenze geniche. Problemi riscontrabili con i fossili: non so a quale organismi appartenessero. Posso usare la numenclatura linneiana fino al genere. Paratassonomia: viene applicata per quei resti fossili dei quali si ignora l'attribuzione biologica.

Evoluzione

Processo con il quale gli organismi cambiano nel tempo. Diversità in relazione ai differenti adattamenti. Adattamento: coesistenza di caratteristiche morfologiche, fisiologiche ed etologiche che rendono un organismo idoneo alla vita in un particolare ambiente.

Lamark (1774-1829): gli organismi cambiano nel tempo, devono derivare da progenitore. Il primo che si è reso conto dell'importanza dell'adattamento a diverse condizioni ambientali. Gli organismi si perfezionavano e ottenevano maggiore complessità. I caratteri che venivano acquisiti erano ereditari. L'ereditarietà dei caratteri acquisiti non è vera.

Darwin (1809-1882): osservazioni su adattamenti, diversità e distribuzione geografica. Durante il suo viaggio, si è accorto che gli organismi si erano adattati agli ambienti e ha confrontato faune di diversi continenti e di diverse isole: differenze tra isole e continente, specie che vivevano nello stesso continente potevano essere diverse a seconda delle condizioni ambientali. Queste differenze erano giustificabili solo con l'isolamento, c'erano delle barriere che isolavano le specie. Si rese conto anche dell'importanza delle barriere: geografiche o ambientali. Struzzo americano (Rhea) che occupa due regioni diverse: questo ha creato due specie diverse.