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Tafonomia: definizione e processi

Dalla morte di un organismo alla scoperta del fossile

La tafonomia è la scienza che studia i vari processi che, nel più fortunato dei casi, portano a trasformare un organismo in un fossile. I processi tafonomici sono molto affascinanti, in quanto ci fanno capire ciò che accade dopo la morte di un organismo prima del suo seppellimento (come ad esempio il trasporto del corpo o la predazione) e le condizioni che portano alla fossilizzazione e tutto ciò che precede la scoperta del reperto fossile.

Prima di proseguire con la lettura dell’articolo, bisogna tenere in considerazione alcuni punti molto importanti. Innanzitutto, la condizione necessaria affinché possa avvenire la tafonomia è la morte dell’organismo: conoscere le cause della morte è estremamente importante (anche se non sempre è possibile saperlo), in quanto le diverse modalità (senilità, malattia, predazione, ecc.) influenzano il potenziale di conservazione del corpo. Allo stesso modo, anche l’ambiente in cui avverrà il seppellimento è estremamente importante, in quanto non tutti gli ambienti sono adatti alla preservazione dei resti dell’organismo.

Processi biostratinomici

La biostratinomia è l’insieme dei processi tafonomici che coinvolgono un organismo dalla morte fino al suo seppellimento.

Alcuni esempi di tali processi sono:

  • la necrolisi;
  • la frantumazione;
  • l’alterazione;
  • il possibile trasporto.

Necrolisi

Durante la necrolisi (il processo biostratinomico più importante) avviene la decomposizione delle parti molli dell’organismo. Alcune si decompongono prima (intestino, stomaco e cervello), mentre altre dopo (polmoni, cuore, reni).

La decomposizione può essere rallentata se il corpo è immerso in acqua, in quanto il calore corporeo si disperde velocemente, oppure può essere rallentata in altri ambienti a patto che il pH non sia estremo: ad esempio, se il tessuto è esposto all’aria, il pH sarà molto basico, mentre, se è seppellito nei sedimenti, il pH sarà acido.

Con la morte cessano i processi biologici e molte attività enzimatiche; rimangono tuttavia funzionanti le reazioni autolitiche (come quelle delle fosfatasi), che si attivano e aiutano a decomporre il corpo. Poche ore dopo la morte interviene il rigor mortis, ossia il processo per cui un cadavere diventa rigido in seguito alla riduzione di ATP nei muscoli e all’aumento di acido lattico.

Dopo il rigor mortis, i muscoli del corpo si rilassano e le cellule vanno incontro alla putrefazione, legata al metabolismo microbico anaerobico: dopo una settimana circa, i tessuti si gonfiano e si riempiono di vesciche; dopo tre settimane si sviluppano vari gas, come il metano e l’anidride carbonica; dopo un mese il corpo risulterà gonfio, soprattutto a livello intestinale; alla fine, i gas fuoriusciranno dall’ano o dalle pareti lacerate.

Se la carcassa si trova in acqua, inizialmente galleggerà e successivamente si immergerà, in quanto i gas cambiano le proprietà idrodinamiche: maggiore sarà la profondità, maggiore sarà la pressione idrostatica esercitata sul cadavere e minore sarà la velocità di formazione dei gas putrefattivi all’interno del corpo. Questo vuol dire che, se una carcassa si trova in acque poco profonde, prima affonderà e poi riemergerà di nuovo esponendosi di nuovo ad organismi necrofagi e all’aria. Se l’acqua è molto profonda, invece, la formazione dei gas sarà lenta e il corpo affonderà senza riemergere. Anche il rapporto superficie/volume del corpo influisce sulla formazione dei gas, in quanto nelle grandi carcasse si diffonde meno facilmente l’ossigeno a causa dello sviluppo minore della superficie corporea rispetto al volume.

Oltre all’immersione in acqua, esistono altri fenomeni che ritardano o inibiscono la decomposizione, aumentando così la probabilità che le parti molli possano preservarsi e fossilizzarsi.

L’adipocera, ad esempio, è una sostanza organica adiposa simile alla cera, è un ottimo inibitore della decomposizione. L’adipocera si forma con l’idrogenazione degli acidi oleici insaturi durante la sesta settimana dal rigor mortis, ad opera di batteri anaerobi del grasso contenuto nel corpo. Essa si deposita sui resti organici come i muscoli, preservandone addirittura l’impronta, in quanto si crea un ambiente anaerobico tale da inibire la decomposizione.

Allo stesso modo, l’ambiente paludoso è generalmente un ottimo ambiente di preservazione. Un bellissimo esempio di preservazione è l’Uomo di Tollund, una mummia di palude che si è conservata intatta grazie ai fanghi vegetali (in questo caso i muschi di torbiera come gli sfagni), al terreno relativamente acido (non estremo), all’assenza di ossigeno e di batteri decompositori.

Un ambiente arido è un altro ottimo ambiente di preservazione in quanto, con l’assenza di umidità, c’è una bassissima presenza di batteri decompositori.

Frantumazione e alterazione

Gli altri processi tafonomici biostratinomici si manifestano durante o dopo la necrolisi, e precedono sempre il seppellimento.

Il primo fenomeno che può manifestarsi è la frantumazione, che si verifica durante la decomposizione dei tessuti molli: l’osso, in parole povere, si frantuma e si macera, in seguito alla disarticolazione ed al dissolvimento del collagene. Le ossa, in seguito possono possono subire due ulteriori tipi di alterazione: l’alterazione chimica e l’alterazione fisica.

L’alterazione chimica si può verificare nel caso in cui la preda, più piccola del predatore, venga ingurgitata integralmente; il predatore espellerà successivamente i resti non digeriti della preda, articolati, sotto forma di bolo.

L’alterazione fisica si può verificare invece durante il trasporto da parte di agenti abiotici, come l’acqua (che provocherà abrasioni sull’osso), o da parte di agenti biotici, come i predatori (che provocheranno frantumazioni sull’osso).

Seppellimento

Se qualche resto dell’organismo riesce a salvarsi dai fenomeni distruttivi di tafonomia appena descritti, allora può essere seppellito e sperare di subire il processo diagenetico che lo trasformerà in un fossile.

L’organismo può essere seppellito in un contesto marino, dove però bisogna fare i conti con la presenza di ossigeno e di acidi derivanti dalla decomposizione; questi si accumulano sul fondo e, assieme ai batteri presenti, demoliscono le parti molli e aggrediscono e demoliscono le parti scheletriche.

Nel contesto continentale si aggiungono anche altri agenti decompositori assieme a quelli appena citati, come gli acidi umici che sono prodotti sia dalle radici delle piante che dall’acqua pluviale. Aumentando la profondità dei resti nel sedimento, sia in ambiente acquatico che terrestre, avremo una riduzione di ossigeno e di batteri

Una volta seppelliti, i resti subiranno un processo di deformazione fisica in relazione alla respirazione e alla moltiplicazione batterica. La natura della componente organica gioca infatti un ruolo fondamentale, in quanto attraverso la respirazione batterica viene degradata la materia organica (prima le sostanze volatili, poi i polimeri semplici e successivamente quelli più complessi). Inoltre, la velocità della degradazione microbica aumenta all’aumentare della temperatura (raddoppia circa ogni 10°C).

L’ambiente deposizionale determina significativamente l’apporto di ossigeno, prodotto dai batteri aerobici, che si può combinare con la materia organica demolendola in acqua e anidride carbonica. Se la quantità di materia organica da demolire è maggiore rispetto alla quantità di ossigeno, allora si creerà un ambiente anossico che conserverà i resti, a patto che il sedimento sia molto fine, compatto e impermeabile; queste ultime condizioni, infatti, impediscono l’ulteriore apporto di ossigeno da parte dei microbi.

Maggiore è la velocità di seppellimento e maggiore sarà la possibilità che si conservino le parti molli; in questo modo, infatti, la carcassa viene rapidamente isolata dai batteri creando un ambiente anossico. Infine, se entrano in gioco agenti diagenetici che inibiscono la decomposizione, come la mineralizzazione, allora i resti possono fossilizzarsi.

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Fossilizzazione

Anche la fossilizzazione è un processo tafonomico. Esistono svariati tipi di processi di fossilizzazione, ma i più conosciuti sono la sostituzione (o mineralizzazione) dei tessuti organici e la permineralizzazione.

La sostituzione (o mineralizzazione) dei tessuti organici consiste nella modificazione della composizione chimica dell’organismo per le soluzioni in circolo nei sedimenti. In pratica, anche dopo il seppellimento, si può assistere alla decomposizione dei resti da parte dei batteri e, di conseguenza, alla dissoluzione progressiva del collagene, che rilascia i minerali che verranno in seguito mineralizzati. In questo modo, si formeranno dei pori che metteranno in contatto l’apatite contenuto nelle ossa (che prende il nome di idrossiapatite) con il sedimento, determinando così la sua trasformazione in fluoroapatite e francolite (apatiti più stabili in ambiente sedimentario e fondamentali per la conservazione dei resti). Questi nuovi cristalli si accresceranno e si mineralizzeranno riempiendo i pori.

Nella permineralizzazione, invece, i pori che mettono in comunicazione l’idrossiapatite con il sedimento vengono riempiti da sostanze minerali apportati da fluidi interstiziali, mantenendo così inalterati sia le parti dure che quelli molli dell’organismo.

Le più alte probabilità che i resti si fossilizzino si ritrovano in ambienti di delta e ambienti lacustri.

Negli ambienti di delta si concentra così tanta materia organica da rendere certi ambienti localizzati quasi del tutto anossici (come le baie) che, assieme alla salinità variabile, impediscono la decomposizione e favoriscono un ottimo stato di conservazione. Tra gli ambienti di delta più famosi vi sono i Lagerstätte carboniferi e mesozoici.

Gli ambienti lacustri inibiscono la decomposizione a causa delle condizioni fredde e anossiche delle loro acque.

La fossilizzazione in ambienti terrestri è invece confinata per lo più al Quaternario; l’ambiente continentale rende infatti difficile la preservazione, se non per reperti recenti e per i fanghi ed ambra.

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Conclusioni

Il lavoro del tafonomo e del paleontologo incomincia nei luoghi degli scavi. Questi ci forniscono infatti tantissimi dati ed informazioni su ciò che è avvenuto dalla morte dell’organismo fino alla sua fossilizzazione, chi erano gli organismi, con chi interagivano e in che ambiente vivevano o come sono morti. Infatti, in base all’articolazione o disarticolazione degli scheletri e alle modificazioni delle ossa fossili, si comprende, ad esempio, se l’organismo è stato trasportato da un predatore o dall’acqua. Dal livello di usura dei denti o di saldatura delle epifisi delle ossa si può anche capire se i resti appartenessero a esemplari giovani o adulti, se un animale fosse domestico o meno, ma anche tutte le particolarità anatomiche di una specie. Lo scavo, insieme allo studio di una disciplina come la tafonomia, sono il cuore della ricerca paleontologica, proprio perché le informazioni non provengono solamente dal fossile che possiamo trovare esposto in un museo, ma anche e soprattutto dal sito di provenienza.

Referenze

  1. Benton M. J. (2014), Vertebrate Palaeontology, Blackwell Pub;
  2. Raymond R. Rogers, David A. Eberth, and Anthony Fiorillo (2008), Bonebeds: genesis, analysis, and paleobiological significance.

Immagine di copertina di Maria Savaleva, Pixabay; Pixabay License.

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