Van levend bot tot versteend museumstuk

Hoe verandert een dode dinosaurus in een fossiel dat wetenschappelijke waarde heeft? Toeval speelt daarbij een zeer grote rol.

Een tonnen wegende dinosaurus loopt met zwaar soppend geluid door een modderige zandvlakte op een plaats waar zich nu Marokko bevindt. Honderdzestig miljoen jaar later bergt een Parijse museumconservator een dinosaurusbot op in een kastlade. Tussen het ene moment en het andere ligt niet alleen een enorme spanne tijds, maar ook een serie processen die grotendeels uit toevalligheden bestaat. Niet van iedere dinosaurus doorstaan de skeletdelen het proces van rotting, verstrooiing en vraat, niet ieder bot dat aan de vergankelijkheid ontsnapt, wordt ooit teruggevonden en niet ieder gevonden bot wordt een museumexemplaar.

De fossielen die de museumdepots vullen vormen daarom een zeer slap aftreksel van het leven dat ooit de aarde bevolkte. Ze zijn bovendien alles wat we hebben om ons een beeld te vormen van het voorbije leven. Om dat beeld te kunnen scheppen is het van groot belang niet alleen de overblijfselen zelf te bestuderen maar ook de wijze waarop deze fossielen zijn gevormd. De wetenschap die zich daarmee bezighoudt wordt taphonomie genoemd.

De taphonomie bestudeert de vraag wat er met een organisme gebeurde tijdens het proces van sterven en de daarop volgende fossilisatie. Onder welke omstandigheden kwam een organisme aan zijn eind? Wat waren de milieuomstandigheden ter plekke? Wat gebeurde er met het stoffelijk overschot? In wat voor soort sediment kwam het bijna-fossiel terecht? Welke geologische, chemische en fysische voorwaarden waren in het sediment aanwezig die leidden tot fossilisatie? En, hoe steekt het toeval in elkaar dat leidde tot de vondst van het fossiel?

Kennis over alle stadia van de fossilisatie kan een inschatting opleveren van de hoeveelheid biologische informatie die gaande het proces verloren is gegaan. Die is, daar kan geen misverstand over bestaan, enorm. Neem bijvoorbeeld de kennis die we hebben over recente neushoorns: hun gedrag, huidskleur en beharing, voedselkeuze, de sociale structuur in een kudde, de lichaamstemperatuur, de hartslag, de lengte van het darmkanaal, hun natuurlijke vijanden en de plaats in het ecosysteem. En zet dat eens naast de informatie die we ter beschikking hebben van een wellicht vergelijkbaar organisme uit het Mesozoïcum: de Triceratops, ook een grote planteneter met hoorns en een schild op de kop. Wat botten, een aantal schedels, en met wat geluk enkele pootafdrukken.

Slechts zelden is er meer fossiele informatie beschikbaar. Soms komt het voor dat dieren na hun dood terecht komen in een omgeving die verstoken is van zuurstof. Dan kunnen de normale rottingsprocessen niet plaatsvinden en bestaat de kans dat ook zachte delen bewaard blijven. Zoiets kan zich voordoen wanneer het dode organisme afzinkt in een anaërobe watermassa, zoals tegenwoordig de diepere lagen van de Zwarte Zee. De afgestorven vissen, het dode plankton, door rivieren ingespoelde dode landdieren, neergestorte vogels en alle andere lijken die ter plekke zinken komen op de bodem terecht en kunnen langzaam bedekt raken met klei of ander sediment.

Miljoenen jaren later leveren de sedimenten dan gecompacteerd tot leisteenachtige schalies vaak fraaie fossielen op: voorbeelden zijn de beroemde Canadese Burgess Shale met vreemde wezens uit het Cambrium, de Jurassische vindplaats in China waar de laatste jaren zoveel fossiele vogels worden gevonden, en de oliehoudende schalies van het Duitse Messel waar Eocene zoogdieren worden gevonden, met huid en haar en met maaginhoud en al. Een dergelijke vindplaats is echter buitengewoon zeldzaam. In bijna alle gevallen resten ons niet meer dan de harde delen van een organisme: de botten, de tanden, de schubben, of, in het geval van ongewervelde dieren, de schelpen of de pantsers.

Laten we ons beperken tot een willekeurig dinosaurusbot en de geschiedenis ervan reconstrueren. Honderdzestig miljoen jaar geleden liep het bot als onderdeel van een grote plantenetende dinosaurus door het huidige Marokko. Het dier stierf als gevolg van ouderdom en het kolossale kadaver bleef liggen in de brandende zon op een duinachtige verhoging in het landschap, niet ver van de zee. Na drie dagen hadden rottingsgassen het lijf opgeblazen tot een enorme ballon, maar snel daarna kwamen er als gevolg van insectenvraat gaten in de huid waardoor het geheel leegliep. Bacteriën en maden hadden de spiermassa's intussen omgezet in kwalijk riekende sappen en drie weken na de dood lag het karkas erbij als een door een lege lederen zak omhuld geraamte. Langzaam verging ook de huid, voornamelijk door onophoudelijk geknaag van insecten en hun larven. Na een jaar lagen grote delen van het skelet witgebleekt in het zand. Compleet was het al niet meer. Een zandstorm stak op en bedekte de overblijfselen, de zeespiegel steeg in de eeuwen die erop volgden en tientallen meters sediment stapelden zich boven de botten op.

In de botten zelf veranderde ook het nodige. Een bot is tijdens het leven van het dier een orgaan als alle andere, bestaande uit een eiwitstructuur van collageenvezels waartussen apatietkristallen zijn afgezet. Er zitten cellen in, er lopen bloedvaten door en het beenmerg dat zich binnenin bevindt is essentieel voor de vorming van bloedcellen. Bij een fossiel bot is van dat alles meestal niets overgebleven. Het beenmerg is verdroogd en verteerd, de cellen zijn dood en vergaan en ook van het collageen is na enkele duizenden jaren zelden iets terug te vinden. Uiteindelijk zal het bot mineraliseren: het apatiet wordt als gevolg van geochemische processen in het sediment vervangen door andere mineralen, veelal calciet of kwarts. Dan is het bot versteend.

Door de druk van de dikke sedimentlagen of door tektonische bewegingen in het gesteentepakket kan een fossiel vervormen. Zelden wordt een groot bot intact gevonden, veel vaker is het in honderden of zelfs duizenden stukjes gefragmenteerd.

Als gevolg van erosie komt het intussen honderdzestig miljoen jaar oude versteende en gefragmenteerde bot gedeeltelijk bloot te liggen in een dal van het Marokkaanse Atlasgebergte. Een kind ziet het liggen, meldt het aan zijn dorpsonderwijzer, die vertelt het verder aan de burgemeester, die weer aan de regionale geoloog, die aan iemand van de universiteit. Deze laatste heeft toevallig tijd en geld om er te gaan kijken.

Zomaar opgraven en meenemen is onmogelijk: het bot is te groot en in wel duizend aan elkaar gekoekte stukjes gebroken. In zo'n geval neemt men zijn toevlucht tot een gipskap: het bot wordt zoveel mogelijk vrijgeprepareerd en daarna als het gebroken been van een skiër ingepakt in een kap van verbandgaas of oude kranten en gips. Zo, als een grote witte gipsklont, kan het bot veilig worden vervoerd naar een museum of universiteit. Om daar verder te worden uitgeprepareerd.

Ook moet het worden geconserveerd, om te voorkomen dat het bot in de museumlade vergaat. Want laten we eerlijk zijn, nergens ligt een fossiel zo goed bewaard als in het oorspronkelijke sediment. Als een dinobot honderdzestig miljoen jaar goed bewaard is gebleven in de Marokkaanse zandsteen, dan kunnen er nog wel enkele duizenden jaren bij!

Een goed versteend bot heeft niet zoveel conservering nodig: het is eigenlijk geen bot meer, maar een botvormig stuk steen geworden. Meestal is bewaren onder constante temperatuur en luchtvochtigheid voldoende, omstandigheden die met een simpele luchtbehandelingsinstallatie te bereiken zijn. Bij fossiele botten van veel jonger datum, bijvoorbeeld mammoetbotten uit de laatste ijstijd, ligt dat anders. Daar is het proces van mineralisatie niet of nauwelijks gevorderd, is vaak nog eiwit aanwezig en is sprake van een veel kwetsbaarder object. Om dergelijke fossiele botten toch enigszins te consolideren worden ze geïmpregneerd met harders door ze te dompelen in oplossingen van kunststoffen. Goede resultaten en een milieuvriendelijke werkwijze worden geleverd door een verdunde oplossing van witte houtlijm in water. Na impregnering en droging is het fossiel goed beschermd tegen de tand des tijds. Garantietermijnen van nogmaals 160 miljoen jaar worden echter niet gegeven.

De auteur is directeur van het Natuurmuseum in Rotterdam