Spinnenfossilien führen zu einer bahnbrechenden Studie über ihre Erhaltung in Aix-en-Provence

Eine geologische Formation in der Nähe von Aix-en-Provence, Frankreich, ist berühmt als eine der weltweit größten Schatzkammern für fossile Arten aus dem Känozoikum. Seit den späten 1700er Jahren haben Wissenschaftler dort erstaunlich gut erhaltene versteinerte Pflanzen und Tiere ausgegraben.

Die Formation von Aix-en-Provence ist vor allem für ihre versteinerten terrestrischen Arthropoden aus dem Oligozän (vor etwa 23-34 Millionen Jahren) bekannt. Da Arthropoden – Tiere mit Außenskeletten wie Spinnen – nur selten versteinert werden, ist ihre Häufigkeit in Aix-en-Provence bemerkenswert.

Eine neue Studie von Forschern der Universität von Kansas, die in der Fachzeitschrift Communications Earth & Environment veröffentlicht wurde, stellt erstmals die Frage: Welche einzigartigen chemischen und geologischen Prozesse haben in Aix-en-Provence dazu geführt, dass Spinnen aus dem Oligozän so hervorragend erhalten sind?

“Das meiste Leben wird nicht zu einem Fossil”, sagt die Hauptautorin Alison Olcott, außerordentliche Professorin für Geologie und Leiterin des Zentrums für Hochschulforschung an der KU. “Es ist schwer, ein Fossil zu werden. Man muss unter ganz bestimmten Umständen sterben, und einer der einfachsten Wege, ein Fossil zu werden, ist, harte Teile wie Knochen, Hörner und Zähne zu haben. Unsere Aufzeichnungen über das Leben in weichen Körpern und auf dem Land, wie z. B. Spinnen, sind also lückenhaft – aber wir haben diese Perioden außergewöhnlicher Erhaltung, in denen alle Umstände harmonisch waren, um die Erhaltung zu ermöglichen.

Olcott und ihre KU-Koautoren Matthew Downen – damals Doktorand am Fachbereich Geologie und heute stellvertretender Direktor am Center for Undergraduate Research – und Paul Selden, emeritierter KU-Professor, versuchten zusammen mit James Schiffbauer von der University of Missouri, die genauen Prozesse in Aix-en-Provence zu ergründen, die den Spinnenfossilien einen Weg zur Erhaltung boten.

“Matt arbeitete daran, diese Fossilien zu beschreiben, und wir beschlossen – mehr oder weniger aus einer Laune heraus – sie unter das Fluoreszenzmikroskop zu halten, um zu sehen, was passiert”, so Olcott. “Zu unserer Überraschung leuchteten sie und wir begannen uns dafür zu interessieren, was die Chemie dieser Fossilien war, die sie zum Leuchten brachte. Wenn man sich die Fossilien auf dem Felsen ansieht, sind sie vom Felsen selbst kaum zu unterscheiden, aber unter dem Fluoreszenzmikroskop leuchteten sie in einer anderen Farbe. Wir begannen also, die Chemie zu erforschen, und entdeckten, dass die Fossilien selbst ein schwarzes Polymer aus Kohlenstoff und Schwefel enthalten, das unter dem Mikroskop wie der Teer auf den Straßen aussieht. Außerdem stellten wir fest, dass die Fossilien von Tausenden und Abertausenden von Mikroalgen umgeben waren, die auch die Fossilien selbst bedeckten.”

Olcott und ihre Kollegen stellen die Hypothese auf, dass die extrazelluläre Substanz, die diese Mikroalgen, die so genannten Kieselalgen, produzieren, die Spinnen vor Sauerstoff geschützt und die Schwefelung der Spinnen gefördert hat, eine chemische Veränderung, die die Erhaltung der Fossilien als kohlenstoffhaltige Filme über die darauf folgenden Millionen von Jahren erklären würde.

“Diese Mikroalgen bilden den klebrigen, zähflüssigen Brei – so kleben sie zusammen”, so der KU-Forscher. “Ich stellte die Hypothese auf, dass die Chemie dieser Mikroalgen und das Material, das sie ausstoßen, diese chemische Reaktion zur Konservierung der Spinnen ermöglichte. Im Grunde genommen arbeiten die Chemie der Mikroalgen und die Chemie der Spinnen zusammen, um diese einzigartige Konservierung zu erreichen.”

Das Phänomen der Schwefelung ist dasselbe wie eine gängige industrielle Behandlung, die zur Konservierung von Gummi verwendet wird.

“Die Vulkanisierung ist ein natürlicher Prozess, den wir selbst durchführen, um Gummi in einem bekannten Verfahren zu vulkanisieren”, so Olcott. “Bei der Schwefelung wird Kohlenstoff mit Schwefel vernetzt und stabilisiert, weshalb wir Gummi damit behandeln, damit es länger hält. Was hier chemisch passiert ist, ist, dass das Exoskelett der Spinne aus Chitin besteht, das aus langen Polymeren mit nahe beieinander liegenden Kohlenstoffeinheiten zusammengesetzt ist, und das ist eine perfekte Umgebung, um die Schwefelbrücken einzubringen und die Dinge wirklich zu stabilisieren.

Olcott sagte, dass das Vorhandensein diatomarer Matten möglicherweise als Wegweiser dienen kann, um in Zukunft weitere Ablagerungen von gut erhaltenen Fossilien zu finden

“Der nächste Schritt ist die Ausweitung dieser Techniken auf andere Lagerstätten, um zu sehen, ob die Erhaltung mit Kieselalgenmatten zusammenhängt”, sagte sie. “Von allen anderen außergewöhnlich gut erhaltenen Fossilienvorkommen der Welt im Känozoikum wurden etwa 80 Prozent in Verbindung mit diesen Mikroalgen gefunden. Wir fragen uns also, ob dies die meisten dieser Fossilienfunde aus dieser Zeit erklärt – im Grunde genommen von kurz nach dem Aussterben der Dinosaurier bis heute. Dieser Mechanismus könnte uns Informationen liefern, um die Evolution von Insekten und anderen Landlebewesen nach den Dinosauriern zu erforschen und den Klimawandel zu verstehen, denn es gibt eine Periode des raschen Klimawandels, und diese Landlebewesen helfen uns zu verstehen, was mit dem Leben geschah, als sich das Klima das letzte Mal veränderte.”

Olcott und ihre Kollegen sind die ersten, die die Chemie der Konservierung in Aix-en-Provence analysieren, eine Tatsache, die sie zum Teil auf die Herausforderungen zurückführt, die mit der Durchführung von wissenschaftlichen Arbeiten während der COVID-19-Beschränkungen verbunden sind.

“Ich glaube wirklich, dass diese Studie teilweise ein Ergebnis der Pandemiewissenschaft ist”, sagte sie. “Der erste Stapel dieser Bilder tauchte im Mai 2020 auf. Mein Labor war immer noch geschlossen; ich war zwei Monate nach meinem 18-monatigen Aufenthalt zu Hause mit Kindern – und so musste ich die Art und Weise, wie ich Wissenschaft betrieb, ändern. Ich habe viel Zeit mit diesen Bildern und diesen chemischen Karten verbracht und sie auf eine Art und Weise erforscht, wie es wahrscheinlich nicht möglich gewesen wäre, wenn alle Labore geöffnet gewesen wären und wir eine konventionellere Arbeit hätten durchführen können.”

Datum: April 21, 2022
Quelle: Universität von Kansas


Journal Reference:

  1. Alison N. Olcott, Matthew R. Downen, James D. Schiffbauer, Paul A. Selden. The exceptional preservation of Aix-en-Provence spider fossils could have been facilitated by diatomsCommunications Earth & Environment, 2022; 3 (1) DOI: 10.1038/s43247-022-00424-7

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