Paleontologia generale

Formazione dei fossili

Il termine fossile deriva dalla parola latina "fossilia" con cui si indicava qualsiasi cosa venisse estratta dalle terra mediante scavo. Questa parola iniziò ad essere adottata in ambito scientifico alla fine del '700.




Definizione di fossile

Con questo termine attualmente si identifica ogni resto o traccia di organismo vivente che, attraverso ad un processo geologico che a volte può durare milioni di anni, si conserva inglobato nelle rocce sedimentarie, unico tipo di rocce in cui di norma si possono conservare resti di organismi fossilizzati.
La paleontologia studia questi resti e, attraverso il loro esame, riesce a ricostruirne l'aspetto originario, a tracciarne l'evoluzione ed a ricostruire gli antichissimi habitat in cui questi organismi vivevano (paleoecologia).


Rarità di un fossile

Se pensiamo a quanti organismi muoiono sul nostro pianeta ogni giorno, siano questi vegetali, insetti, vertebrati o altri, possiamo capire quanto siano ridotte le possibilità che un organismo possa trovarsi nelle condizioni ottimali che ne possano permetterne la conservazione.
In conclusione si può asserire che, tra tutti i fossili che durante tutta la storia del nostro pianeta hanno avuto il privilegio di conservarsi, solo una minima parte è stata scoperta: la gran parte è stata distrutta ed altri giacciono sepolti magari a pochi metri sotto le nostra scarpe ...e non avremo mai occasione di estrali!
Pertanto conosciamo ben poco sugli esseri viventi che hanno popolato la terra durate tutta la sua storia biologica: le statistiche parlano di valori inferiori al 10%


Tafonomia

Ogni organismo vivente, dopo la morte, potenzialmente può conservarsi diventando un fossile, occorre però che si venga a trovare in certe condizioni particolari. Le condizioni ottimali di conservazione dipendono dal sedimento inglobante (deve essere molto fine) e dal tempo che intercorre tra la morte ed il seppellimento (deve essere molto breve). L'organismo dunque da essere isolato completamente dall'ambiente esterno in brevissimo tempo.
Questo fenomeno naturale viene influenzato dalla presenza di fattori intrinseci ed estrinseci la cui presenza puo' compromettere il risultato del processo.


Processi biostratinomici

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Condizioni di fossilizzazione

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Fattori intrinseci
Questi fattori dipendono dalla composizione dell'organismo stesso. La presenza di parti resistenti quali gusci od ossa incrementa la possibilità di conservazione, mentre un organismo composto da parti molli (una medusa ad esempio) ha pochissime possibilità fossilizzarsi.
Le sostanze che generalmente hanno più probabilità di conservarsi sono le seguenti:

Calcite (modificazione esagonale-rombica di CaCO3) tipica di moltissimi invertebrati
Aragonite (modificazione orto-rombica di CaCO3) meno stabile, tipica delle conchiglie dei molluschi
Fosfato di calcio (CaPO4) tipica delle ossa dei vertebrati
Calcedonio (SiO2, silice amorfa, che disidratandosi si traforma in opale) tipica dei radiolari e diatomee
Lignina, particolarmente resistente, tipica del legno
Chitina e cheratina, resite anche agli acidi, è tipica degli insetti

Fattori estrinseci
Questi fattori non dipendono direttamente dalla composizione dell'organismo: si riferiscono ad aggressori biologici, chimici e meccanici esterni. I resti possono essere infatti aggrediti da batteri e organismi saprofagi, possono essere smembrati e dispersi dall'azione delle acque dilavanti, dal vento o distrutti da susseguirsi di vari fenomeni geologici.
Quando l'organismo si trova sepolto nei sedimenti inizia infatti un percorso di "pietrificazione", chiamato diagenesi, che trasforma l'organismo in un fossile.
La diagenesi è un susseguirsi di fenomeni di interazione chimico-fisica tra gli strati sedimentari e l'organismo in questi sepolto.
Se la diagenesi risulta troppo "spinta" il fossile cambia totalmente la propria composizione e tale processo può dar luogo ad un vero e proprio "metamorfismo" che distruggere ogni parte del fossile e trasforma la roccia sedimentaria che lo ingloba in una completamente diversa (roccia metamorfica).
Altro fattore estrinseco che concorre alla disgregazione di un fossile è dato infine dall'erosione.


I processi di fossilizzazione .

L'insieme di tutti quei fenomeni naturali che portano un organismo, dopo la morte, a trasformarsi in un fossile vengono chiamati processi di fossilzzazione. Occorre puntualizzare che l'organismo deve essere a priori seppellito in un sedimento che lo isoli completamente dall'ambiente esterno per un tempo lunghissimo.
I paleontologi dividono il processo di fossilizzazione in due modalità principali: il processo normale e quello eccezionale.


Processi "normali"

Questo processo costituisce la gran maggior parte dei casi di conservazione e può essere a sua volta diviso in due tipi di modalità: quella diretta e quella indiretta.


1- Fossilizzazione diretta
In questo caso l'organismo giunge fini a noi apparentemente conservato in ogni sua parte. In verità processi chimici a volte lunghissimi hanno contribuito a modificare gusci, ossa, denti, ecc., fino a sostituirli con sostanze completamente differenti da quelle originarie. Vediamo alcuni casi tra i più frequenti.

Guscio pseudomorfo
Le due conchiglie di gasteropodi sembrano perfettamente conservate, ma in effetti si tratta di un processo di sostituzione molecola per molecola delle sostanze meno stabili delle strutture originarie. Solo un esame chimico ed al microscopio può dirci se la sostituzione è parziale o totale. A volte si può trattare di solo riempimento delle microcavità liberate della sostanza organica, mentre il fossile rimane inalterato. Nell'esemplare del gen. Natica (a dx) si nota una eccezionale conservazione del colore.



Due gasteropodi del Pliocene del piemonte (Asti). A sinistra: gen. Murex,a destra: gen. Natica.

Sostituzione molecolare
Anche le ossa ed i denti possono subire un processo di sostituzione molecolare parimenti ai gusci delle conchiglie. Questo dente di squalo presenta visivamente tutte le caratteristiche originali: similmente si conservano anche le ossa dei grandi dinosauri.
Dente di squalo, Eocene (Marocco).
Tronco silicizzato, Cretaceo (Argentina)
Mineralizzazione
Trasformazione delle parti dure dell'organismo in minerale stabile. Frequente nei vegetali è il processo di silicizzazione dove, come in questo caso, il tronco viene completamente trasformato in silice conservando la struttura originale. Esistono anche mineralizzazioni in pirite, gesso ed argento.
Carbonificazione
Anche questa modalità di conservazione, caratteristica delle argille, risulta tipica dei vegetali. A differenza della carbonizzazione (che invece ha come causa la combustione) è' in pratica una specie di fermentazione a lungo termine delle parti organiche.
Anche in questo caso la struttura viene conservata ed è possibile un esame microscopico del campione.
Frammento di legno carbonificato, Pliocene di Revignano (AT)



Livelli a molluschi, Pliocene presso Vallendona (AT), 1973


Altro caso di demineralizzazione si osserva in questo livello a lamellibranchi del gen. Isognomon del Pliocene di Cortandone (Asti), 1974. Si noti la presenza di frammenti fragilissimi di gusci demineralizzati di color biancastro,





2- Fossilizzazione indiretta
Questo processo, che avviene in caso di completa demineralizzazione, porta alla formazione di impronte e/o modelli. Qui l'organismo non si conserva direttamente ma viene sostituito per riempimento con materiale secondario, oppure nel caso in cui sia distrutto ne può rimanere solo un'impronta. Riporto una serie di casi che più frequentemente si incontrano.

Lamellibranco fam. Veneridae, Pliocene, Masserano (Biella).
Impronta esterna
(external mold)

Della conchiglia originale non rimane altro che l'impronta del guscio. La parte interna non si è conservata ed inoltre la cavità rimasta non è stata colmata con materiale secondario.



Modello interno (internal mold)
In questo caso l'interno di questi molluschi è stato riempito di materiale secondario. Nella foto a sx possiamo vedere il modello interno emergere dalla roccia (arenaria) che lo ingloba, l'impronta esterna quasi aderisce al modello interno: il guscio si è dissolto. Nella foto a dx compaiono alcuni modelli interni di conchiglie: sono esteticamente validi, ma dal punto di vista paleontologico poco utili perchè non si è in grado di identificarne con esattezza il genere di appartenenza in quanto manca l'ornamentazione esterna che ci permette di riconoscerlo.
Gasteropodo gen. Murex in matrice, Pliocene, Belvelio (Asti).
Modelli interni, Pliocene, Cortandone (Asti).


Ammonite gen. Garantiana, Giurassico, Digne (Provenza, F).
Impronta esterna su modello interno
I due casi visti in precedenza si verificano contemporaneamente, ma per la pressione delle rocce sovrastanti l'impronta esterna va ad aderire sul modello interno e su questo va a "stampare" la morfologia del guscio. In tal modo lo spessore del guscio viene annullato ed il fossile risulta di dimensioni ridotte rispetto a quelle reali.
Pseudoguscio
Il guscio viene distrutto e lo spazio vuoto che si trova tra il modello interno e l'impronta esterna viene riempito di materiale secondario completamente diverso da quella originale.
Osservando attentamente la foto si può notare che, in seguito a processi diagenetici, lo pseudoguscio si è addirittura cristallizzato.
Gasteropode gen. Fedajella Triassico, val Brembana (BG).




Processi "eccezionali"

Questo processo, come già descrive la parola, costituisce un fatto rarissimo: qui il fossile viene conservato totalmente in ogni sua parte. Tipico delle conservazioni eccezionali è quello dei mammuth della siberia congelati nel permafrost, suolo particolare, tipico dell'ecosistema della tundra, che rimane congelato per migliaia di anni. Più modestamente voglio solo riportare il caso tipico della fossilizzazione in ambra.


Ambra lucidata (lung.=40mm), Eocene, mar Baltico.
Insetto inglobato in ambra, Eocene, mar Baltico (Coll. del Museo di Storia Naturale Don Bosco di Torino.).
Fossilizzazione in ambra
La resina che gocciola generalmente dalle conifere, ancora fluida, durante il suo percorso lungo i tronchi degli alberi, a volte ingloba insetti o addirittura piccoli animali.
Se questo prodotto di essudazione, una volta raggiunto il suolo, viene coperto da sedimeti si può conservare fossilizzandosi attraverso un iter preciso. Dopo circa 40 mila anni si trasforma in copale, lo stadio successivo la modifica ulteriormente (fossilizzazione) e prende infine il nome di ambra. Queste terminologie non sono considerate "scientifice": serebbe più giusto chiamarla generalmente "resina fossile" ...anche se non subisce un vero processo di litificazione.
La resina solitamente viene prodotta in eccesso in caso di stress "ecologico" (ad es.: variazioni della tremperatura) pertanto il ritrovamento di resina fossile può essere un indicatore "paleoecologico".
Ricordo che l'ambra opportunamente lavorata è considerata una "pietra" preziosa.
Se una bacchetta di ambra viene sfregata energicamente su di un tessuto, quale ad esempio la lana, si carica negativamente di cariche elettrostatiche: infatti è in grado di attirare pezzettini di carta. Gli antichi greci chiamavano l'ambra "electron": fonte etimologica di molte parole quali "elettrone", "eletticità", ecc.



Difficoltà di riconoscimento dei fossili

Altri fattori estrinseci concorrono a rendere ulteriormente difficoltoso il processo di fossilizzazione ed complicano la vita ai paleontologi rendendo difficoltoso lo studio ed il riconoscimento del fossile stesso. Ricordo due casi principali: le deformazioni e la risedimentazione.

Deformazioni
La pressione dovuta all'accumulo degli strati sovrastanti porta a deformazioni plastiche (stiramenti, schiacciamenti, torsioni, ecc.) e clastiche (rotture e fessurazioni in genere) che spesso alterano profondamente la forma originale dell'organismo.

Ammonite, Dogger (Giurassico), Digne (Francia).


Brachiopode gen. Ortis, Ordoviciano, Sardegna.


Deformazioni plastiche
Le pressione di sedimenti sovrastanti ha deformato per lento stiramento questi due esemplari. L'ammonite ha avuto anche uno schiacciamento che l'ha appiattita notevolmente.

Deformazioni clastiche
La pressione degli strati sovrastanti a volte provoca cedimenti del sedimento che concorrono a deformare il fossile per rottura (prodotto clastico).
In questo caso si può notare il guscio del gasteropode del gen. Ampullina, del Biarritziano (Eocene), Roncà (VI) che presenta evidenti fratture del guscio (lungh. max.=50mm).



Risedimentazione
L'erosione a volte può disgregare e disperdere il contenuto in fossili presente nelle rocce sedimentarie. Ad esempio, se queste sono tenere, può avvenire che il loro contenuto paleontologico venga alla luce e sia trasportato lontano dalle acque dilavanti e possa essere "risedimentato" venendo quindi ricoperto nuovamente da altri sedimenti.
Questa "rifossilizzazione" vera e propria può creare dei problemi di datazione: infatti un fossile più antico verrà a trovarsi in sedimenti più recenti contenenti fossili appartenenti a epoche diverse.
Sotto ho riportato alcuni esempi interessanti.




Ciottolo calcareo, prodotto dello smantellamento di rocce sedimentarie fossilifere, contenente un gasteropode del gen. Gibbula (Miocene della Terra del Fuoco). Il fenomeno si verifica quando all'interno di frammneti rocciosi si trovano dei fossili. La roccia sottoposta a trasporto tende a perdere materiale nelle zone meno consistenti intorno al fossile che risulta più compatto (Coll. del Museo di Storia Naturale Don Bosco di Torino).



Ciottolo calcareo, prodotto dello smantellamento di rocce sedimentarie fossilifere, contenente uno splendido crostaceo del gen. Portunites (Oligocene dell'Alaska). Il fenomeno è analogo dell'esempio precedente, ma la curiosità sta nel fatto che il ciottolo quando è stato raccolto era in fase di risedimentazione in fondale marino. Testimoni del fenomeno sono i crostacei cirripedi attuali (gen. Balanus) presenti sul ciottolo stesso (ved. ingrandimento a sx.) (Coll. del Museo di Storia Naturale Don Bosco di Torino).



Sub-fossili

Si definiscono "sub-fossili" quegli organismi geologicamente recenti e che non hanno subito un processo di fossilizzazione vero e proprio (occorre tener presente che la fossilizzazione non sempre è proporzionale all'età del reperto).
Questo concetto in effetti risulta poco chiaro: non esiste un criterio di valutazione preciso.
Secondo Aart Brower (Aart Brouwer, Paleontologia Generale, Ed. Scientifiche e Tecniche Mondadori, 1972, pag.29) gli organismi morti e sepolti in un sedimento "...possono venire conservati per lungo tempo seza subire modificazioni, ma ciò non rappresenta una vera e propria fossilizzazione. Esempi di questo tipo di conservazione, conosciuti come sub-fossili, si trovano frequentemente nei depositi dell'Olocene, mentre diventano molto più rari in depositi più antichi".
Secondo il prof. Roberto Malaroda, Università di Torino, (Roberto Malaroda, Paleontologia Generale, Ed. Cedam, Padova 1975, pag.27) i sub-fossili devono essere dei "...resti che hanno subito solo trasformazioni minime o inapprezzabili", inoltre vanno esclusi dalla categoria dei fossili quei resti che " ...appartengono a periodi storici", cioè databili posteriormente alla scoperta della scrittura.
Pertanto uno scheletro di un antico romano ritrovato un una tomba non è uno sub-fossile, ma è un reperto archeologico. Per contro se, in sedimenti alluvionali nei pressi della tomba di cui sopra viene alla luce un teschio di un bufalo selvatico estinto e risalente all'età della tomba stessa, può essere considerato un sub-fossile e pertanto interessare la paleontologia.


Pseudofossili

Gli "pseudofossili" sono caratteristiche concrezioni di origine minerale che assumono forme particolari che possono far pensare ad un resto fossile.

Dendriti
Letteralmente dal greco: "a forma d'albero", sono infiltrazioni di ossidi sul calcare litografico del Giurassico (Malm) di Solnhofen (Germania),che possono ricordare dei vegetali.
Larghezza max del campione = 90mm.
Concrezione marnosa
Questa strana forma, che può ricordare un vertebra, è probabilmete una galleria scavata da un invertebrato e successivamente riempita di materiale secondario. Proviene dalle sabbie del Pliocene superiore di Villafranca (AT).
Larghezza max del campione = 40mm.

Gli pseudofossili costituiscono praticamente "analogie morfologiche" che ad un superficiale esame possono trarre in inganno lo sprovveduto, ma esaminando con attenzione il particolare si può risalire facilmente alla origini del fenomeno.