Experimente zur Entstehung apatisierter Fischfossilien in Kalkkonkretionen

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Geisler-Wierwille, seit 12/2023
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348043586

Apatisierte Fischfossilien in Kalkkonkretionen gehören zu den bedeutsamsten und spektakulärsten Fossilien weltweit. Sie sind besonders für ihre Weichteilerhaltung berühmt. In diesen Fossilien finden sich Hinweise auf extrem schnelle Mineralisation, die die Erhaltung von sehr empfindlichen Strukturen möglich gemacht hat. Obwohl diese Konkretionen bereits seit langem erforscht werden, fehlt es an einem konkreten Entstehungsmodell. Hier soll dieser Antrag ansetzen. Am Beispiel der Fischfossilien aus der Santana Formation aus Brasilien und der Gogo Formation in Australien soll die Bildung dieser Fossilien und der Konkretionen um sie herum experimentell nachvollzogen werden. Die Grundlage dieser Experimente bildet dabei der Einfluss der mikrobiellen Fauna auf die Chemie des umgebenden Meerwassers. Die Verknüpfung von biotischen und abiotischen Faktoren ist essentiell, um die besondere Erhaltung zu bewirken. In diesem Projekt soll die Fällung von Calciumcarbonat durch den Einfluss von Ammoniak auf Meerwasser simuliert werden. Ammoniak erhöht den pH-Wert von Meerwasser, der in modernem Meerwasser bei ~8.1 liegt und damit zu wenig alkalisch ist, um CaCO3 zu stabilisieren, auf über 9. Dadurch wird anorganisch CaCO3 ausgefällt. Diese Ausfällung könnte zur Bildung einer Kalkkonkretion führen. Als Quelle für dieses NH3 erscheint mikrobielle Aktivität naheliegend. Beim Abbau von organischer Materie, wie eines toten Fisches, setzen manche Bakterien Ammoniak frei. Ein toter Fisch würde also selbst die Quelle für den Ammoniak darstellen, durch den er später als Fossil erhalten bleiben kann. Neben CaCO3 zur Konkretionsbildung, ist aber auch die Ausfällung von Apatit (Ca5(PO4)3(OH)), die dann die eigentliche Mineralisation des früheren organischen Weichgewebes bewirkt, wichtig. Meerwasser enthält nahezu kein Phosphat um Apatit auszufällen. Es muss also eine starke Anreicherung an Phosphat stattfinden, um Apatit zu stabilisieren. Auch hierfür bietet bakterielle Aktivität eine Lösungsmöglichkeit. In phosphatatarmen Millieus, wie dem Meerwasser, produzieren manche Bakterien ein Enzym zur Freisetzung von Phosphat aus (toter) organischer Materie: die Alkalische Phosphatase (AP). Durch eine Überaktivität dieses Enzyms kann es zu einer starken Anreicherung von Phosphat im Meerwasser kommen. Der Ursprung des PO42-, das Substrat für das Enzym, ist hierbei wieder ein toter Fisch und die ihn besiedelnden Bakterien. Der für Apatitbildung notwendige alkalische pH-Wert ist bereits durch den Einfluss von NH3 erklärt und Calcium ist in Meerwasser im Überschuss vorhanden. Dadurch wird eine anorganische Ausfällung von Apatit ermöglicht. Ziel dieses Antrages ist es also experimentell zu zeigen, dass ein Fischkadaver die eigene Fossilisation selbst auslösen kann und dass das PO42 zur Fossilisation in Konkretionen aus dem Kadaver selbst stammt und nicht extern bereit gestellt sein muss.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2685: Die Grenzen des Fossilberichtes: Analytische und experimentelle Ansätze zum Verständnis der Fossilisation
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Fabian Gäb, bis 11/2023