Taphonomic Patterns of Elemental Enrichment: Synchrotron X-ray Fluorescence of Diverse Fossils From Multiple Konservat-lagerstätten, Extant Organisms, and Artificial Maturation Experiments
Deze studie maakt gebruik van synchrotron röntgenfluorescentie om aan te tonen dat de fossiele elementaire samenstellingen primair worden gedreven door diagenetische processen en sedimentinteractie in plaats van door de oorspronkelijke weefselchemie, wat aangeeft dat de meeste gedetecteerde elementaire signaturen exogeen zijn en dat pogingen om weefselspecifieke markers te identificeren strikt rekening moeten houden met de geologische vorming.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Om de geschiedenis van het leven op aarde te begrijpen, wenden wetenschappers zich vaak tot fossielen. Deze bewaarde resten zijn meer dan alleen stenen vormen; het zijn tijdcapsules die in theorie de chemische vingerafdrukken kunnen bevatten van de levende wezens die ooit liepen, zwommen of vlogen. Decennialang hebben onderzoekers gehoopt deze chemische handtekeningen te kunnen lezen om meer te leren over oude diëten, omgevingen en zelfs de kleuren van uitgestorven dieren. Een kernidee in dit vakgebied is dat bepaalde elementen, zoals koper of zink, zich aan specifieke biologische moleculen kunnen hechten, zoals het pigment melanine, dat veren en huid hun donkere kleuren geeft. Als deze metalen de miljoenen jaren van begraving en rotvorming overleven, zouden ze als een betrouwbare marker kunnen dienen, die ons precies vertelt waar het oorspronkelijke pigment zich bevond. De reis van een levend dier naar een fossiel is echter een lang en rommelig proces. Na de dood ontbindt een lichaam, wordt het bedekt onder lagen sediment en wordt het onderworpen aan enorme hitte en druk. Tijdens dit proces, bekend als tafonomie, kan de chemie van de resten drastisch veranderen doordat mineralen uit de omliggende bodem binnensijpelen of doordat onstabiele organische materialen afbreken. De centrale vraag wordt: wanneer we een fossiel vinden dat rijk is aan bepaalde metalen, zien we dan de oorspronkelijke chemie van het dier, of zien we de chemie van de steen waarin het begraven is?
Een team van onderzoekers begon aan een onderzoek om dit te beantwoorden door naar de elementaire samenstelling van een grote verscheidenheid aan fossielen, moderne dieren en in het laboratorium gemaakte "synthetische fossielen" te kijken. Ze verzamelden specimens van vijf beroemde fossiele locaties over de hele wereld, variërend van oude rivierbeddingen tot kalksteengroeven, en onderzochten insecten, planten, vissen en vogels. Om te zien welke elementen aanwezig waren, gebruikten ze een krachtig instrument genaamd synchrotron röntgenfluorescentie. Deze techniek werkt als een supergevoelige scanner die hoogenergetische röntgenstraling op een monster vuurt om de atomen binnenin te laten oplichten met een uniek licht, wat precies onthult welke elementen er aanwezig zijn en in welke hoeveelheden. Om de complexe gegevens te duiden, vergeleken de wetenschappers deze oude fossielen niet alleen met hun moderne tegenhangers — zoals verse veren van levende vogels — maar ook met een reeks experimenten. In deze experimenten namen ze moderne veren, insecten en bladeren, wikkelden ze in klei en onderwierpen ze aan hoge hitte en druk om het natuurlijke proces van fossilisatie na te bootsen. Dit stelde hen in staat om te zien wat er met de chemie van een dier gebeurt wanneer het in een laboratorium wordt begraven, zonder de toegevoegde complicaties van miljoenen jaren van verval en interactie met grondwater.
De resultaten van deze omvangrijke studie waren duidelijk en enigszins verrassend. Wanneer de onderzoekers de chemische profielen van de fossielen analyseerden, ontdekten ze dat de aanwezige elementen bijna volledig werden bepaald door de specifieke gesteentelagen waar het fossiel werd gevonden, in plaats van door het type dier of weefsel waar het vandaan kwam. Een fossiele vogel uit een ander oud meer zag er chemisch gezien meer uit als een fossiele vis uit hetzelfde meer dan als een levende vogel van vandaag. Sterker nog, de chemische samenstelling van de fossielen kwam vaak dichter bij de omringende modder en steen te liggen dan bij het oorspronkelijke levende weefsel. De studie toonde aan dat modern weefsel tijdens de fossilisatie met ordes van grootte kan worden verrijkt of uitgearmd aan bepaalde elementen. Zo bevatten fossielen vaak veel hogere concentraties metalen zoals koper, zink en ijzer dan hun moderne equivalenten, wat suggereert dat deze elementen uit de omgeving zijn toegevoegd in plaats van bewaard te zijn gebleven van het dier. Omgekeerd werden sommige elementen die in levende weefsels voorkomen, zoals zwavel in bepaalde eiwitten, vaak volledig verloren gegaan.
De experimenten boden een cruciale aanwijzing voor de reden van dit fenomeen. Wanneer de wetenschappers moderne weefsels in het laboratorium "verouderden" met behulp van enkel hitte en druk, behielden de resulterende "synthetische fossielen" een chemisch profiel dat veel dichter bij het oorspronkelijke levende weefsel lag dan de echte fossielen. Ze vertoonden niet de extreme verschuivingen in elementaire samenstelling die bij de echte fossielen werden waargenomen. Dit suggereert dat de drastische chemische veranderingen in natuurlijke fossielen niet simpelweg worden veroorzaakt door hitte en druk in de loop der tijd. In plaats daarvan worden de veranderingen gedreven door de complexe interacties van verval, microbiële activiteit en de stroming van mineraalrijk grondwater door het sediment. De studie geeft aan dat de omgeving werkt als een stempel, die haar eigen chemische handtekening op de resten drukt. Hoewel sommige sporenelementen kunnen overleven als ze stevig gebonden zijn aan zeer stabiele organische structuren, wordt het algehele chemische beeld van een fossiel gedomineerd door de geologie van de begraafplaats.
Een van de meest significante implicaties van deze bevindingen heeft betrekking op de zoektocht naar oude kleuren. Voor een tijdje hebben wetenschappers voorgesteld dat het vinden van koper of zink in een fossiele veer bewijs is voor de aanwezigheid van het pigment melanine. Deze studie daagt dat idee rechtstreeks uit. De onderzoekers vonden dat deze metalen niet specifiek zijn voor melanine; ze kunnen gebonden zijn (gecheleerd) aan een breed scala aan organische materialen, inclusclusief plantvezels en insectenschilden die nooit melanine bevatten. Bovendien kunnen deze metalen lang nadat het dier is gestorven aan een fossiel worden toegevoegd, doordat grondwater ze door de rotsen voert en ze aan de ontbindende resten hechten. De studie concludeert dat het vinden van koper of zink in een fossiel niet voldoende bewijs is om de aanwezigheid van oorspronkelijke melanine te claimen. De chemische handtekening van een fossiel is primair een verslag van zijn begraafgeschiedenis, en geen directe momentopname van de biologie van het levende dier. Hoewel het mogelijk blijft dat sommige oorspronkelijke chemische signalen overleven, worden ze zwaar gehinderd door de overweldigende invloed van de steen die hen bewaart. Om de ware biologie van het oude leven te begrijpen, moeten wetenschappers nu uiterst voorzichtig zijn om rekening te houden met de specifieke geologische omstandigheden die elk fossiel hebben gevormd, in het besef dat de steen zelf een groot deel van het chemische verhaal heeft herschreven.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.