การกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์และกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางธรณี (Diagenesis)

การกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์เป็นการรักษาสิ่งมีชีวิตผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การเกิดแร่แทรกซึม (permineralization), การตกผลึกใหม่ (recrystallization) และการเกิดแร่ในแหล่งกำเนิด (authigenic mineralization) ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างการฝังตัวและการเปลี่ยนแปลงทางธรณี

Definition

การกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์คือชุดของกระบวนการที่รักษาสารอินทรีย์ที่เหลืออยู่ในหิน และการเปลี่ยนแปลงทางธรณีคือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและกายภาพของตะกอนและซากหลังจากถูกฝัง ซึ่งมักจะเป็นตัวกลางในการรักษาซาก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเส้นทางทางกายภาพและเคมีของการกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์ รวมถึงการเกิดแร่แทรกซึม, การแทนที่, การตกผลึกใหม่, การเกิดแม่พิมพ์และแบบหล่อ, การกลายเป็นถ่าน และการเกิดแร่ในแหล่งกำเนิด และการเปลี่ยนแปลงทางธรณีส่งผลต่อวัสดุโครงกระดูกและเนื้อเยื่ออ่อนดั้งเดิมอย่างไร

Core questions

• เส้นทางเคมีหลักของการกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์มีอะไรบ้าง?
• การเกิดแร่ในแหล่งกำเนิดรักษาสภาพเนื้อเยื่ออ่อนได้อย่างไร?
• การเปลี่ยนแปลงทางธรณีเปลี่ยนแปลงแร่ธาตุและเคมีของโครงกระดูกดั้งเดิมอย่างไร?
• เหตุใดสภาพแวดล้อมบางแห่งจึงรักษาสภาพซากได้ดีกว่าที่อื่นมาก?

Key concepts

• การเกิดแร่แทรกซึมและการแทนที่
• การเกิดแร่ในแหล่งกำเนิด
• แม่พิมพ์, แบบหล่อ และการกลายเป็นถ่าน
• การตกผลึกใหม่จากการเปลี่ยนแปลงทางธรณี

Key theories

การแข่งขันระหว่างการเน่าเปื่อยและการเกิดแร่

การรักษาสภาพเนื้อเยื่ออ่อนที่ยอดเยี่ยมขึ้นอยู่กับการเกิดแร่ในแหล่งกำเนิดที่เกิดขึ้นในช่วงต้น ซึ่งเร็วกว่าการเน่าเปื่อยของจุลินทรีย์ ซึ่งมักจะผ่านฟอสเฟต, ไพไรต์ หรือคาร์บอเนต

การเปลี่ยนแปลงโครงกระดูกจากการเปลี่ยนแปลงทางธรณี

โครงกระดูกอาราโกไนต์และแคลไซต์ที่มีแมกนีเซียมสูงดั้งเดิมมักจะตกผลึกใหม่ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางธรณี ซึ่งเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคและสัญญาณทางธรณีเคมี

Mechanisms

การกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์ดำเนินไปผ่านเส้นทางที่ทำงานร่วมกัน ส่วนที่แข็งอาจถูกรักษาไว้โดยการเกิดแร่แทรกซึม ซึ่งช่องว่างของรูพรุนจะเต็มไปด้วยแร่ธาตุ หรือโดยการแทนที่และการตกผลึกใหม่ที่เปลี่ยนแร่ธาตุดั้งเดิมในขณะที่ยังคงรักษารูปแบบไว้ เนื้อเยื่ออ่อนจะถูกรักษาไว้เป็นหลักเมื่อแร่ธาตุในแหล่งกำเนิดที่เกิดขึ้นในช่วงต้น เช่น แคลเซียมฟอสเฟต, ไพไรต์ หรือคาร์บอเนต ตกตะกอนบนหรือภายในเนื้อเยื่อที่กำลังเน่าเปื่อยเร็วกว่าที่จุลินทรีย์จะทำลายได้ การเปลี่ยนแปลงทางธรณีในภายหลัง ซึ่งขับเคลื่อนโดยอุณหภูมิการฝังตัว, ความดัน และของเหลวในรูพรุน สามารถเปลี่ยนแปลงทั้งแร่ธาตุและลักษณะทางธรณีเคมีของซากดึกดำบรรพ์ได้อีก

Clinical relevance

การทำความเข้าใจการกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์และการเปลี่ยนแปลงทางธรณีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการตีความเคมีและโครงสร้างจุลภาคของซากดึกดำบรรพ์ รวมถึงตัวบ่งชี้ไอโซโทปและธาตุติดตาม และสำหรับการรับรู้ว่าสัญญาณทางชีวภาพดั้งเดิมของซากดึกดำบรรพ์ถูกเปลี่ยนแปลงโดยการเปลี่ยนแปลงในภายหลังเมื่อใด

History

การจำแนกประเภทของรูปแบบการกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์มีมาตั้งแต่ยุคบรรพชีวินวิทยาตอนต้น แต่การทดลองและงานทางธรณีเคมีในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการเกิดแร่ในเนื้อเยื่ออ่อน ได้เปลี่ยนให้เป็นวิทยาศาสตร์เชิงกลไกของการรักษาซาก

Debates

ขีดจำกัดของการรักษาสภาพชีวโมเลกุลดั้งเดิม

การที่โปรตีนดั้งเดิมหรือชีวโมเลกุลอื่นๆ สามารถอยู่รอดได้ในช่วงเวลาที่ยาวนานยังคงเป็นที่ถกเถียงและต้องใช้ระเบียบวิธีที่ซับซ้อน

Key figures

• Derek E. G. Briggs
• Peter A. Allison
• David J. Bottjer

Seminal works

• briggs2003
• allison2011

Frequently asked questions

กระดูกและเปลือกหอยกลายเป็นหินได้อย่างไร?

แร่ธาตุที่มากับน้ำใต้ดินจะเข้าไปเติมเต็มช่องว่างของรูพรุนหรือแทนที่วัสดุดั้งเดิมในกระบวนการที่เรียกว่าการเกิดแร่แทรกซึม ทำให้ซากแข็งตัวและถูกรักษาไว้

เนื้อเยื่ออ่อนสามารถกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์ได้อย่างไร?

เมื่อแร่ธาตุตกตะกอนรอบๆ หรือภายในเนื้อเยื่ออย่างรวดเร็วหลังจากการตาย แร่ธาตุเหล่านั้นสามารถรักษาส่วนที่อ่อนนุ่มไว้ได้ก่อนที่การเน่าเปื่อยจะทำลายพวกมัน