Fossilien und Gesteinsschichten

Das erste Skelett des Archaeopteryx, eines gefiederten Tiers mit Zähnen und knöchernem Schwanz, tauchte 1861 in Deutschland auf, zwei Jahre nach dem Erscheinen der „Entstehung der Arten“.

Die meisten Lebewesen verschwinden nach ihrem Tod spurlos. Ein Fossil entsteht nur, wenn Überreste oder Spuren wie Fußabdrücke schnell begraben und erhalten werden, meist in Sediment, das später zu Gestein verhärtet. Harte Teile wie Schalen, Knochen und Zähne bleiben viel häufiger erhalten als weiche Körper. Trotzdem liefern Fossilien aus aller Welt ein Archiv dessen, was wann gelebt hat, und sie zeigen, dass die Lebewesen der Vergangenheit nicht dieselben waren wie die heutigen. Ein Begräbnis hilft sehr: Die Fossilüberlieferung der Neandertaler ist unter anderem deshalb so ungewöhnlich reich, weil Neandertaler ihre Toten bestatteten.

Die Schichten lesen

Sediment lagert sich in Schichten ab, und jede neue Schicht liegt auf der vorherigen. Daraus ergibt sich das Lagerungsgesetz: In einem ungestörten Schichtstapel ist jede Schicht jünger als die Schichten darunter und älter als die darüber. Eine zweite Regel gilt für Gestein, das sich durch die Schichten drängt. Ein Gang, eine Platte aus einst geschmolzenem Gestein, die die Schichten quer durchschneidet, ist jünger als jede Schicht, die er durchschneidet, und älter als jede Schicht, die quer über ihm liegt. Keine der beiden Regeln liefert ein Alter in Jahren. Sie liefern eine Reihenfolge, und das nennt man relative Datierung.

Manche Fossilien eignen sich besonders gut als Uhren. Ein Leitfossil stammt von einer Art Lebewesen, die nur während eines begrenzten Abschnitts der Erdgeschichte lebte, aber weit verbreitet war. Findet man es in einem Gestein in einem Land und in einem anderen Gestein weit entfernt, wissen Geologen, dass beide Gesteine ungefähr gleichzeitig entstanden sind. Leitfossilien sind an die relative Zeitskala mit ihren benannten Perioden wie Kambrium, Devon und Jura gebunden.

Alter in Jahren

Zahlen in Jahren liefern radioaktive Atome, die mit gleichbleibender Geschwindigkeit zerfallen. Die Halbwertszeit ist die Zeit, in der die Hälfte der Mutteratome in einer Probe zerfällt. Der U.S. Geological Survey nennt Uran-238, das mit einer Halbwertszeit von 4.5 Milliarden Jahren zu Blei-206 wird, und Kalium-40, das mit einer Halbwertszeit von 1.3 Milliarden Jahren zu Argon-40 wird. Mit diesen langsamen Uhren datiert man altes vulkanisches Gestein, etwa einen Lavastrom oder einen Gang zwischen fossilführenden Schichten. Kohlenstoff-14 hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahren. Lebewesen nehmen ihn zu Lebzeiten auf, deshalb datiert man damit Holz, Knochen und Schalen aus der jüngeren Vergangenheit. Nach einer Halbwertszeit ist die Hälfte der Mutteratome übrig, nach zwei ein Viertel, nach drei ein Achtel. So gemessen ist die Erde etwa 4.5 Milliarden Jahre alt, und mehr als 80 Prozent dieser Zeit vergingen, bevor komplexes Leben in den Gesteinen auftaucht.

Fossilien zwischen den Gruppen

Nach Darwins Theorie sollten ab und zu Fossilien auftauchen, die Merkmale zweier Gruppen vereinen. Archaeopteryx lebte im Oberjura, vor 149 bis 145 Millionen Jahren, im heutigen Deutschland. Das erste Skelett wurde 1861 gefunden, und das Natural History Museum in London kaufte es 1862. Dort ist es als Londoner Exemplar bis heute ausgestellt. Archaeopteryx hatte breite, gefiederte Flügel wie ein Vogel, aber auch spitze Zähne und einen langen knöchernen Schwanz. Heute betrachten Fachleute die Vögel als einen überlebenden Zweig der Dinosaurier. Tiktaalik roseae ist ein weiteres Beispiel. Dieser 375 Millionen Jahre alte Fisch wurde 2004 auf der Ellesmere-Insel in der kanadischen Arktis gefunden und hatte Knochen und Gelenke in seinen Vorderflossen. Laut dem Team der University of Chicago, das ihn fand, lebte er etwa 12 Millionen Jahre vor den ersten vierbeinigen Tieren und zeigt, wie Merkmale von Landwirbeltieren bei einem Fisch auftauchen. Das Team suchte gezielt nach ihm, in Gestein des passenden Alters, das sich einst in flachen Bächen abgelagert hatte.