Permineralizācija — fosilizācijas process: kā minerāli saglabā audus

Uzzini par permineralizāciju — fosilizācijas procesu, kā minerāli aizpilda un saglabā audus, atklājot iekšējās struktūras; procesi, veidi un praktiski piemēri.

Permineralizācija ir fosilizācijas process, kurā minerālu nogulsnes veido organismu iekšējās atlējumus.

Ūdenī esošās minerālvielas aizpilda organisko audu iekšienē esošās telpas. Šajā procesā tiek reģistrēti gan mīkstie, gan cietie audi. Fosilijas ar permineralizāciju ir noderīgas, pētot iekšējās struktūras, īpaši augu.

Ūdens no zemes, ezeriem vai okeāniem iesūcas organisko audu porās un veido kristālisku atlējumu ar nogulsnētiem minerāliem. Kristāli sāk veidoties porainajās šūnu sieniņās. Šis process turpinās sieniņu iekšējā virsmā, līdz šūnas centrālais dobums - lūmens - ir pilnībā aizpildīts. Pašas šūnas sieniņas ap kristāliem paliek neskartas. Permineralizācija atšķiras no petrifikācijas ar to, ka organiskais materiāls tiek tikai piepildīts ar minerāliem, nevis pilnībā aizstāts. Permineralizācija var notikt vairākos veidos:

Permineralizācijas veidi

• Silicifikācija (siliceous permineralizācija) — kvarca (SiO2) nogulsnēšanās porās un lūmenos. Bieži saglabā smalku šūnu struktūru un sīkākas detaļas; tas ir izplatīts koksnes fosilizācijas veids (pseudopēdzienā bieži saukts par «petrificēšanu»).
• Kalcifikācija — kalcija karbonāta (kalcīts) nogulsnēšanās, kas var saglabāt audu morfoloģiju un atsevišķas šūnu sienas. Parasti notiek kaulos, gliemžos un dažos augu audos.
• Piritizācija — dzelzs sulfīda (pirolīta, FeS2) nogulsnēšanās, kas var ļoti labi saglabāt gan cietos, gan retos gadījumos arī mīkstos audos. Šāda veida saglabāšanās raksturīga skābjoslām un redusējošām jūras nogulumu vidēm.
• Fosfatizācija (apātīta permineralizācija) — fosfātu nogulsnēšanās, kas var saglabāt ļoti smalkas struktūras, pat subšūnu līmenī. Šis mehānisms bieži nodrošina izcilu mīksto audu saglabāšanos fosilajās kopās.

Nosacījumi, kas veicina permineralizāciju

• Ātra nosedzēšana un aizsardzība pret oksidāciju (zems skābekļa līmenis), kas palēnina organiskā materiāla sadalīšanos.
• Minerālā bagāts ūdens, kas cirkulē nogulumu porās — būtiskas ir minerālu koncentrācijas, pH un redoks apstākļi.
• Porainība un audu struktūra: porainās šūnas, lūmeni un vaskularitāte palielina iespējas, ka minerāli iekļūs un nogulsnēsies.
• Bioloģiskie faktori, piemēram, mikrobu darbība, kas var lokalizēt ķīmiskas izmaiņas un veicināt konkrētu minerālu nogulsnēšanos.

Kā permineralizācija atšķiras no citiem saglabāšanās mehānismiem

• Permineralizācija — minerāli aizpilda šūnu iekšējo telpu, saglabājot oriģinālo organisko materiālu un šūnu sienas; bieži saglabā smalku iekšējo anatomiju.
• Replacēšana (aizvietošana) — organiskās vielas tiek pakāpeniski aizstātas ar minerālu materiālu, un sākotnējais materiāls var pilnībā pazust.
• Petrifikācija — termins dažkārt tiek lietots plaši (iekļaujot gan permineralizāciju, gan aizvietošanu); tomēr precīzāk to bieži lieto kā sinonīmu koksnes silicifikācijai.

Praktiskā nozīme paleontoloģijā

• Permineralizētās fosilijas ļauj pētniekiem pētīt iekšējās struktūras: šūnu sienas, trauku sistēmas, audu organizāciju, kaulu kanāliņus u.c.
• Ar šo saglabāšanos var rekonstruēt augļu koksnes anatomiju, koku augšanas gredzenus (paleoklimata indikatori), kā arī dzīvnieku skeleta mikroskopiskas detaļas, kas palīdz taksonomijā un attīstības izpētē.
• Dažas permineralizācijas formas (piem., fosfatizācija vai piritizācija) ļauj saglabāt arī mīkstos audus — muskuļus, zarnas, nervu audus — kas citādi schnell zaudētos, tādējādi nodrošinot unikālu ieskatu izmirušo organismu bioloģijā.

Metodes permineralizētu paraugu izpētei

• Plānslīpju (thin section) mikroskopija — klasiskā metode šūnu un audu strukturālai analīzei.
• Skenera elektronmikroskopija (SEM) un transmisijas EM — ļauj redzēt smalkākas virsmas un submikronālas struktūras.
• Rentgenogrāfija un mikrotomogrāfija (µCT) — trīsdimensiju iekšējo struktūru vizualizācija bez parauga destrukcijas.
• Geokīmiskās analīzes (izotopu analīze, elementu koncentrāciju mērījumi) — informē par nogulumu apstākļiem un minerālu avotiem.

Piemēri un gadījumi

• Silicifikācija: daudzveidīgas permineralizētas koksnes atradnes, ieskaitot ASV Petrified Forest National Park piemērus, kur saglabājusies smalkā šūnu arhitektūra.
• Piritizācija un fosfatizācija: reģioni un nogulumieji (piem., dažas Senās jūras nogulumu lokācijas) ir devuši izcilus mīksto audu paraugus, kas atklāj ķermeņa anatomiju un barošanās uzvedību.

Secinājums

Permineralizācija ir svarīgs fosilizācijas veids, kas nodrošina detalizētu iekšējo audu saglabāšanos. Tas ļauj paleontologiem izpētīt struktūras, kuras citādi būtu aizgājušas zudībā, un sniedz nozīmīgu informāciju par izmirušo organismu bioloģiju, ekoloģiju un vidi, kurā tie dzīvotu. Faktori, kas ietekmē permineralizāciju, ir dažādi — minerālu pieejamība, ķīmiskie apstākļi, ātra nosedzēšana un mikrobu darbība — un katra situācija var radīt atšķirīgas saglabāšanās īpašības.

Meklēt pēc burta