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化石（古典ラテン語のfossilis、文字通り「掘り出して得られたもの」に由来）[ 1 ]は、過去の地質時代に生きていたものの保存された遺骸、痕跡、または痕跡のことです。例としては、骨、貝殻、外骨格、動物や微生物の石の痕跡、琥珀に保存された物体、毛髪、珪化木、DNAの残骸などがあります。化石の全体は化石記録として知られています。化石記録は不完全ですが、多くの研究により、地球上の生命の多様化のパターンを十分に理解するのに十分な情報があり、地球上の進化の順序についての理解のギャップを埋めることができることが実証されています。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
古生物学には化石の研究が含まれます。化石の年代、形成方法、進化上の意義などです。標本は、10,000 年以上前のものであれば化石とみなされることがあります。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]最も古い化石は約 34 億8,000 万年前[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]から 41 億年前[ 11 ] [ 12 ]です。19世紀に特定の化石が特定の岩層と関連していることが観察されたことで、地質年代尺度とさまざまな化石の相対年代が認識されるようになりました。20 世紀初頭に放射年代測定技術が開発されたことで、科学者は岩石とその中に含まれる化石の絶対年代を定量的に測定できるようになりました。
化石化に至る過程は数多くあり、鉱化作用、鋳型形成、自生鉱化作用、置換および再結晶作用、圧痕形成、炭化作用、生物封じ込めなどが挙げられる。
化石の大きさは、1マイクロメートル（1 μm）の細菌[ 13 ]から、恐竜や樹木まで様々で、長さは数メートル、重さは数トンにもなります。現在知られている最大のものは、ネバダ州コールデールにある長さ88メートル（289フィート）のセコイア属の木です[ 14 ] 。化石は通常、死んだ生物の一部、通常は生前に部分的に鉱物化した部分、例えば脊椎動物の骨や歯、あるいは無脊椎動物のキチン質または石灰質の外骨格などを保存しています。化石は、動物の足跡や糞（糞石）など、生物が生きている間に残した痕跡で構成されることもあります。これらのタイプの化石は、体化石とは対照的に、痕跡化石または生痕化石と呼ばれます。化石の中には生化学的な性質を持つものもあり、それらは化学化石またはバイオシグネチャーと呼ばれる。
化石の収集は、少なくとも記録された歴史の始まりにまで遡ります。化石そのものは化石記録と呼ばれます。化石記録は、進化の研究の基礎となる初期のデータ源の一つであり、地球上の生命の歴史にとって今もなお重要な意味を持っています。古生物学者は、進化の過程や特定の種がどのように進化してきたかを理解するために、化石記録を調査します。
化石は自然史のほとんどの期間において目に見える形で存在し、ごくありふれたものであったため、人類と化石との関わりに関する記録は、有史以前、あるいはそれ以前にまで遡る。
ヨーロッパには、ホモ・ハイデルベルゲンシスやネアンデルタール人に遡る、グリップ部分に正確に棘皮動物の化石が埋め込まれた旧石器時代の石器の例が数多く存在する。[ 15 ]これらの古代の人々は、丸い化石の貝殻の中心に穴を開け、ネックレスのビーズとして使用していたようだ。
古代エジプト人は、自分たちが崇拝していた現代の種の骨に似た種の化石を集めた。セト神はカバと関連付けられており、そのためカバに似た種の化石化した骨がその神の神殿に保管されていた。[ 16 ] 5本の放射状の骨を持つウニの化石の殻は、ローマ神話のヴィーナスに相当する明けの明星の神ソプドゥと関連付けられていた。[ 15 ]
化石は、古代ギリシャを含む多くの文明の神話に直接貢献したようだ。アドリアンヌ・メイヤーは、プロトケラトプスの頭蓋骨がグリフィンの伝説に影響を与えたと示唆しているが、この仮説はマーク・P・ウィットンやリチャード・ヒングなどの古生物学者によって異議を唱えられている。 [ 17 ]
後のギリシャの学者アリストテレスは、岩から発見された化石の貝殻が海岸で見つかったものと似ていることに気づき、化石はかつて生きていた動物であったことを示唆しました。彼は以前、それらを蒸気の放出という観点から説明していましたが[ 18 ]、ペルシャの博学者アヴィセンナがそれを石化液（succus lapidificatus ）の理論に修正しました。化石の貝殻が海に由来するという認識は、14世紀にザクセンのアルブレヒトによって発展させられ、 16世紀までにはほとんどの博物学者によって何らかの形で受け入れられました[ 19 ] 。
ローマの博物学者プリニウスは「舌石」について書き、それをグロッソペトラと呼んだ。これらは化石化したサメの歯で、一部の古典文化では人や蛇の舌のように見えると考えられていた。[ 20 ]また、彼はアンモンの角についても書いており、これは化石化したアンモナイトで、最終的にこの貝類の近縁種が現代の名前の由来となった。プリニウスはまた、ヒキガエル石についても初期の記述を残している。これは18世紀までヒキガエルの頭から発生する毒に対する魔法の治療薬と考えられていたが、実際には白亜紀の条鰭類魚類であるレピドテスの化石化した歯である。[ 21 ]
北米の平原部族も同様に、この地域で自然に露出している多くの完全な翼竜の化石などの化石を、彼ら自身の雷鳥の神話と関連付けていると考えられている。[ 22 ]
先史時代のアフリカではそのような直接的な神話的つながりは知られていないが、そこの部族が化石を発掘して儀式の場所に運び、明らかにそれらをある程度の敬意をもって扱っていたという証拠は数多くある。[ 23 ]
日本では、化石化したサメの歯は神話上の天狗と関連付けられており、8世紀以降のある時期に記録されたその生き物の剃刀のように鋭い爪だと考えられていた。[ 20 ]
中世中国では、ホモ・エレクトスを含む古代哺乳類の化石骨がしばしば「龍の骨」と間違えられ、薬や媚薬として使用されました。また、これらの化石骨の一部は学者によって「芸術品」として収集され、さまざまな工芸品に文字が残され、コレクションに加えられた時期が示されました。良い例としては、11世紀の宋王朝の有名な学者である黄庭堅が、自分の詩が刻まれた特定の貝の化石を保管していたことが挙げられます。 [ 24 ] 1088年に出版された宋王朝の学者官僚である沈括は、太平洋から数百マイル離れた山地の地層で発見された海洋化石は、かつてそこに先史時代の海岸が存在し、数世紀にわたって移動した証拠であると仮説を立てました。[ 25 ] [ 26 ]彼は、現在の中国陝西省延安市にあたる乾燥した北部の気候帯で化石化した竹を観察したことから、竹が自然に湿潤な気候帯に生育することによる緩やかな気候変動の初期のアイデアを提唱した。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]
中世キリスト教世界では、山腹にある化石化した海洋生物は、聖書のノアの箱舟の大洪水の証拠と見なされていました。山に貝殻が存在することに気づいた古代ギリシャの哲学者クセノファネス（紀元前570年頃 - 478年）は、かつて世界は大洪水に見舞われ、生物が乾きゆく泥の中に埋もれたのではないかと推測しました。[ 29 ] [ 30 ]
1027年、ペルシャのアヴィセンナは『治癒の書』の中で化石が石のような性質を持つ理由を説明した。
動植物の石化に関する話が真実であるならば、この現象の原因は、特定の岩場に発生する、あるいは地震や地盤沈下時に地中から突然湧き出る強力な鉱化作用と石化作用であり、それに触れたものを石化させる。実際、動植物の体の石化は、水の変容よりも特異なことではない。[ 31 ]
13世紀から現在に至るまで、学者たちはクレタ島とギリシャで発見されたデイノテリウム・ギガンテウムの化石頭蓋骨がギリシャ神話のキュクロプスの頭蓋骨であると解釈され、そのギリシャ神話の起源である可能性を指摘してきた。[ 32 ] [ 33 ]彼らの頭蓋骨には、現代のゾウの仲間と同じように、前面に1つの眼窩があるように見えるが、実際にはそれは鼻の開口部である。
北欧神話では、棘皮動物の殻（ウニの殻の残りの丸い5つの部分からなるボタン）はトール神と関連付けられており、雷石、トールのハンマーの象徴、そしてキリスト教が受け入れられた後のハンマー型の十字架に組み込まれただけでなく、トールの加護を得るために家に保管されていた。[ 15 ]
これらはイギリスの民間伝承における羊飼いの冠へと発展し、装飾や幸運のお守りとして、家や教会の戸口に置かれるようになった。[ 34 ]サフォークでは、パン職人が別の種類のものを幸運のお守りとして使い、それを妖精のパンと呼び、自分たちが焼くパンと形が似ていることからそう呼んだ。[ 35 ] [ 36 ]
ルネサンス期には、化石に関するより科学的な見解が現れた。レオナルド・ダ・ヴィンチは、化石は古代の生命の遺骸であるというアリストテレスの見解に同意した。[ 37 ]： 361例えば、レオナルドは、化石の起源の説明として聖書の洪水物語との矛盾に気づいた。
もし大洪水が貝殻を海から300マイル、400マイルもの距離まで運んだとしたら、貝殻は他の様々な自然物と混ざり合って、すべて一緒に積み重なった状態で運ばれたはずです。しかし、海からそれほど遠く離れた場所でも、牡蠣や貝類、イカ、その他集まっている貝類はすべて一緒に死んで発見されます。そして、単独の貝殻は、私たちが毎日海岸で見かけるように、互いに離れて発見されます。
そして、牡蠣は非常に大きな群れで集まっているのが見られます。その中には、殻がまだくっついているものも見られます。これは、牡蠣が海に打ち上げられ、ジブラルタル海峡が切り開かれた時にもまだ生きていたことを示しています。パルマとピアチェンツァの山々では、穴の開いた貝殻やサンゴが岩にまだくっついているのが見られます... [ 38 ]
1666年、ニコラス・ステノはサメを調べ、その歯を古代ギリシャ・ローマ神話の「舌石」と関連付け、それらは実際には毒蛇の舌ではなく、絶滅したある種のサメの歯であると結論付けた。[ 20 ]
ロバート・フック（1635年～1703年）は、著書『ミクログラフィア』に化石の顕微鏡写真を掲載し、化石有孔虫を観察した最初の人物の一人であった。化石に関する彼の観察は、化石はもはや存在しない生物の石化した遺骸であると述べており、1705年に死後出版された。[ 39 ]
イギリスの運河技師ウィリアム・スミス（1769年～1839年）は、地層累重の法則に基づき、異なる年代の岩石には異なる化石群が保存されており、これらの化石群は規則的かつ確定可能な順序で連続していることを観察した。彼は、遠く離れた場所の岩石も、含まれる化石に基づいて相関関係を判断できることを発見した。彼はこれを動物相の連続性の原理と名付けた。この原理は、生物進化が実在することを示すダーウィンの主要な証拠の一つとなった。
ジョルジュ・キュヴィエは、自身が調査した動物化石のほとんど、あるいはすべてが絶滅種の遺骸であると確信するようになった。このことから、キュヴィエは激変説と呼ばれる地質学の学派の熱心な提唱者となった。1796年に発表した現生および化石のゾウに関する論文の終盤で、彼は次のように述べている。
これらの事実はすべて互いに矛盾がなく、いかなる報告にも反論されていないことから、何らかの大災害によって滅ぼされた、我々の世界より前の世界の存在を証明しているように思われる。[ 40 ]
化石、そしてより広くは地質学への関心は、19世紀初頭に高まった。イギリスでは、メアリー・アニングによる化石の発見、特に最初の完全な魚竜と完全なプレシオサウルスの骨格の発見が、一般の人々と学術界の両方の関心を喚起した。[ 41 ]
初期の博物学者たちは、生物種の類似点と相違点をよく理解しており、リンネは今日でも使われている階層的な分類体系を開発した。ダーウィンとその同時代人は、生命の樹の階層構造を、当時非常に乏しかった化石記録と初めて結びつけた。ダーウィンは、生物が自然の変化する環境圧力に適応するか、さもなくば滅びるかのどちらかである、変異を伴う子孫の過程、すなわち進化を雄弁に説明した。
ダーウィンが『種の起源』を執筆した当時、最古の動物化石はカンブリア紀のもので、現在では約5億4000 万年前のものとされている。彼は、自身の理論の妥当性に影響を及ぼすため、それより古い化石がないことを心配していたが、「世界のほんの一部しか正確に知られていない」と述べ、そのような化石が見つかることを期待していた。ダーウィンはまた、最古のカンブリア紀の化石層に多くのグループ（すなわち門）が突然出現したことについても考察した。 [ 42 ]
ダーウィンの時代以降、化石記録は23億年から35 億年まで延長された。[ 43 ]これらの先カンブリア時代の化石のほとんどは、微細な細菌または微化石である。しかし、現在では後期原生代から大型の化石が知られている。5億7500万年前のエディアカラ生物群（ヴェンディアン生物群とも呼ばれる）は、初期の多細胞真核生物 の非常に多様な集合体を構成している。
化石記録と動物相の連続性は、生物層序学、すなわち岩石に埋め込まれた化石に基づいて岩石の年代を決定する科学の基礎を形成している。地質学の最初の150年間は、生物層序学と重なり法が岩石の相対年代を決定する唯一の手段であった。地質年代尺度は、初期の古生物学者や層序学者によって決定された岩石層の相対年代に基づいて開発された。
20世紀初頭以来、放射年代測定法（カリウム/アルゴン法、アルゴン/アルゴン法、ウラン系列法、そしてごく最近の化石については放射性炭素年代測定法を含む）などの絶対年代測定法が、化石から得られた相対年代を検証し、多くの化石の絶対年代を決定するために用いられてきた。放射年代測定法によって、既知の最古のストロマトライトは34億年以上前のものであることが示されている。
化石記録は、 環境条件と遺伝的潜在能力が自然選択に従って相互作用することで、40億年以上にわたって展開された生命の進化の壮大な物語である。
古生物学は進化生物学と連携し、生命の樹を描くという学際的な課題に取り組んでいます。生命の樹を描くことは、細胞の構造と機能が進化した先カンブリア時代の微小生命へと必然的に遡ります。原生代、さらにその先の太古の地球の長い歴史は、「微細な化石と微弱な化学信号によってのみ語られる」のです。[ 45 ]分子生物学者は、系統学を用いて、タンパク質のアミノ酸配列やヌクレオチド配列の相同性（類似性）を比較することで、生物間の分類や進化距離を統計的に限定された信頼性で評価することができます。一方、化石の研究は、突然変異がいつ、どの生物で最初に現れたかをより具体的に特定することができます。系統学と古生物学は協力して、生命の出現とその進化に関する科学の未だ不明瞭な見解を明らかにしています。[ 46 ]
ナイルズ・エルドリッジによるファコプス属三葉虫の研究は、デボン紀に数百万年にわたって三葉虫の眼レンズの配置の変化が断続的に進行したという仮説を支持した。[ 47 ]エルドリッジはファコプスの化石記録を解釈し、急速に起こった進化の過程ではなく、レンズの変化の結果が化石化したと考えた。このことやその他のデータに基づいて、スティーブン・ジェイ・グールドとナイルズ・エルドリッジは1971年に断続平衡説に関する画期的な論文を発表した。
カンブリア紀初期の左右相称動物の胚の微化石のシンクロトロンX線断層撮影分析により、後生動物の進化の初期段階に関する新たな知見が得られました。断層撮影技術は、化石化の限界において、これまで不可能だった3次元解像度を提供します。2つの謎めいた左右相称動物、蠕虫のようなマルケリアと、原始的な原口動物と推定されるプセウドイデスの化石は、胚葉の胚発生を垣間見せてくれます。これらの5億4300万年前の胚は、節足動物の発生のいくつかの側面が、原生代後期にこれまで考えられていたよりも早く出現したことを裏付けています。中国とシベリアで保存された胚は、埋没後にリン酸塩によって急速に置き換えられ、微細な細胞構造が保存されました。この研究は、化石記録によって符号化された知識が、地球上の生命の出現と発達に関する、そうでなければ得られない情報を提供し続けていることを示す注目すべき例です。例えば、この研究は、マルクエリアがプリヤプルス類に最も近い類縁関係にあり、線虫類や節足動物にも近いことを示唆している。[ 48 ]
古生物学的標本の発見と識別において大きな進歩があったにもかかわらず、化石記録は大部分が不完全であると一般的に認められています。[ 49 ] [ 50 ]化石記録の完全性を測定するためのアプローチは、分類学的にグループ化されたもの[ 51 ] [ 52 ]、時間的にグループ化されたもの[ 53 ] 、環境的/地理的にグループ化されたもの[ 54 ] 、または合計[ 55 ] [ 56 ]など、多数の種のサブセットに対して開発されてきました。これには、タフォノミーのサブ分野と、古生物学的記録におけるバイアスの研究が含まれます。[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]
古生物学は、地質時代を通して生命がどのように進化してきたかを解明しようとする学問である。大きな障害の一つは、化石の年代測定の難しさである。化石を保存している地層には、放射年代測定 に必要な放射性元素が通常含まれていない。この技術は、約5000万年以上前の岩石に絶対年代を与える唯一の手段であり、0.5%以内、あるいはそれ以上の精度が得られる。 [ 60 ]放射年代測定には慎重な実験室作業が必要だが、その基本原理は単純である。様々な放射性元素の崩壊速度は既知であり、放射性元素とその崩壊生成物の比率から、放射性元素が岩石に取り込まれた時期がわかる。放射性元素は火山起源の岩石にのみ多く含まれるため、放射年代測定が可能な化石を含む岩石は、中間堆積物の境界を示す可能性のある火山灰層のみである。[ 60 ]
そのため、古生物学者は化石の年代を特定するために層序学に頼っています。層序学とは、堆積記録という「層状ケーキ」を解読する科学です。 [ 61 ]岩石は通常、比較的水平な層を形成し、各層はその下の層よりも新しいです。化石が年代がわかっている2つの層の間に見つかった場合、その化石の年代は2つの既知の年代の間にあると主張されます。[ 62 ]岩石層は連続しておらず、断層や侵食の期間によって分断されている可能性があるため、直接隣接していない岩層を一致させることは非常に困難です。しかし、比較的短い期間生存した種の化石を使用して、孤立した岩石を一致させることができます。この技術は生物層序学と呼ばれます。たとえば、コノドントのEoplacognathus pseudoplanusは中期オルドビス紀に短い期間生息していました。[ 63 ]年代不明の岩石にE. pseudoplanusの痕跡がある場合、その岩石は中期オルドビス紀のものである。このような示準化石は、有用であるためには、特徴的で、世界中に分布し、短い時間範囲を占めていなければならない。示準化石の年代が間違っていると、誤解を招く結果が生じる。[ 64 ]層序学と生物層序学は、一般的に相対年代（AはBより前）しか提供できないが、これは進化の研究には十分な場合が多い。しかし、大陸を越えて同じ年代の岩石を照合することに伴う問題のため、一部の時代ではこれが困難である。[ 64 ]系統樹の関係も、系統が最初に現れた時期を絞り込むのに役立つ。たとえば、B または C の化石が X 百万年前のものであり、計算された「系統樹」が A が B と C の祖先であると示している場合、A はそれより前に進化していたに違いない。
また、特定の遺伝子について突然変異が一定の速度で蓄積すると仮定することで、2つの現存する系統群がいつ分岐したか（つまり、それらの最後の共通祖先の年齢）を推定することも可能です。しかし、これらの「分子時計」は不完全であり、おおよそのタイミングしか提供しません。たとえば、カンブリア爆発で特徴的なグループが最初に進化した時期を推定するには十分な精度と信頼性がなく、[ 65 ]異なる手法で得られた推定値は2倍の差が生じる可能性があります。[ 66 ]
生物が化石として保存されるのは最良の状況下でもまれであり、そのような化石のごく一部しか発見されていない。化石記録から知られている種の数は、現存する既知の種の数の 5% 未満であるという事実がそれを物語っており、化石から知られている種の数は、これまで存在したすべての種の 1% をはるかに下回るに違いないことを示唆している。[ 67 ]生物構造が化石化するには特殊でまれな状況が必要であるため、発見される生命体のほんの一部しか期待できず、それぞれの発見は進化の過程のスナップショットにすぎない。移行そのものは、都合の良い中間点を示すことが決して保証されない過渡的な化石によってのみ説明および裏付けられる。[ 68 ]
化石記録は硬い部分を持つ生物に強く偏っており、軟体動物のほとんどのグループはほとんど、あるいは全く存在しない。[ 67 ]軟体動物、脊椎動物、棘皮動物、腕足動物、およびいくつかの節足動物のグループで満ちている。[ 69 ]
保存状態が非常に良好な化石産地（軟組織が保存されている場合もある）は、ラガーシュテッテン（ドイツ語で「貯蔵場所」の意）として知られています。これらの地層は、細菌がほとんど存在しない無酸素環境で死骸が埋没し、分解が遅った結果形成されたと考えられています。ラガーシュテッテンは、カンブリア紀から現在までの地質時代に存在します。世界的に見ても、ほぼ完璧な化石化の好例としては、カンブリア紀のマオティエンシャン頁岩とバージェス頁岩、デボン紀のフンスリュック頁岩、ジュラ紀のゾルンホーフェン石灰岩、石炭紀のマゾンクリーク産地などが挙げられます。
化石は、元の骨格成分が残っているものの、アラゴナイトから方解石のように異なる結晶形になっている場合に再結晶化していると言われます。[ 70 ]
置換とは、殻、骨、またはその他の組織が別の鉱物に置き換わることです。場合によっては、元の殻の鉱物置換が非常にゆっくりと、非常に細かいスケールで起こるため、元の物質が完全に失われても微細構造の特徴が保存されます。科学者は、古代種の解剖学的構造を研究する際に、このような化石を使用できます。[ 71 ]鉱物化した恐竜の化石から、いくつかの竜類が特定されています。[ 72 ] [ 73 ]
鉱化作用は、生物が埋没したときに起こる化石化の過程です。生物の内部の空隙（生前は液体または気体で満たされていた空間）は、鉱物を豊富に含む地下水で満たされます。地下水から鉱物が沈殿し、空隙を埋めます。この過程は、植物細胞の細胞壁内などの非常に小さな空間でも起こり、小さなスケールで非常に詳細な化石を生成することができます。[ 74 ]鉱化作用が起こるためには、生物は死後すぐに堆積物で覆われなければなりません。そうでないと、遺骸は腐肉食動物や分解によって破壊されます。[ 75 ]遺骸が覆われたときにどの程度腐敗しているかによって、その後の化石の詳細が決まります。化石の中には、骨格の残骸や歯だけで構成されるものもあれば、皮膚、羽毛、あるいは軟組織の痕跡を含むものもあります。[ 76 ]これは続成作用の一形態です。
リン酸塩化とは、有機物が豊富なリン酸カルシウム鉱物に置き換わる化石化の過程を指します。生成される化石は特に密度が高く、濃いオレンジ色 から黒色まで暗い色をしています。[ 77 ]
この化石の保存には、硫黄と鉄の元素が関わっています。生物は、硫化鉄で飽和した海洋堆積物中に存在すると黄鉄鉱化することがあります。有機物が分解すると、硫化物が放出され、それが周囲の水中の溶解鉄と反応して黄鉄鉱を形成します。周囲の水中の炭酸塩が不飽和であるため、黄鉄鉱が炭酸塩の殻物質を置き換えます。粘土質の土壌にある植物の中には黄鉄鉱化するものもありますが、海洋環境ほどではありません。黄鉄鉱化した化石には、先カンブリア時代の微化石、海洋節足動物、植物などがあります。[ 78 ] [ 79 ]
珪化作用では、飽和水域からのシリカの沈殿が化石の形成と保存に関与しています。ミネラルを豊富に含んだ水が死んだ生物の孔や細胞に浸透し、ゲル状になります。時間が経つにつれてゲルは脱水し、シリカを豊富に含む結晶構造を形成します。これは、石英、玉髄、瑪瑙、オパールなどの形で現れ、元の遺骸の形状をしています。[ 80 ] [ 81 ]
場合によっては、生物の元の残骸が完全に溶解したり、その他の方法で破壊されたりします。岩に残った生物の形をした穴は、外部鋳型と呼ばれます。この空洞が後に堆積物で満たされると、結果としてできた鋳型は生物の姿に似ます。内部鋳型、または内鋳型は、二枚貝やカタツムリの内部、または頭蓋骨の空洞など、生物の内部に堆積物が満たされた結果です。[ 82 ]内部鋳型は、特に二枚貝がこのように保存されている場合、シュタインカーンと呼ばれることがあります。 [ 83 ]
「鋳型」という用語は、化石の人工レプリカを指す場合にも用いられます。鋳型製作者は、元の化石にシリコーンゴムを流し込み、その形状を型取ります。型からシリコーンを取り除くと、シリコーンは型として機能し、石膏などの液体を流し込んで硬化させ、石膏鋳型となります。多くの化石は壊れやすく、安全に展示したり輸送したりすることができないため、鋳型を作ることで、その解剖学的詳細を他の博物館や公共の展示施設で利用できるようになります。3Dプリンティングなどのより新しい技術も、同様の目的で使用されています。
これは鋳型形成の特殊な形態です。化学反応が適切であれば、生物（または生物の断片）は菱鉄鉱などの鉱物の沈殿の核として働き、その周囲に結節が形成されます。有機組織が大きく腐敗する前にこれが急速に起こると、非常に細かい三次元形態の詳細が保存されます。米国イリノイ州の石炭紀マゾンクリーク化石層の結節は、このような鉱化作用の最もよく記録された例の一つです。[ 84 ]
圧縮化石（化石シダなど）は、生物の組織を構成する複雑な有機分子の化学的還元によって生じる。この場合、化石は地球化学的に変化した状態ではあるものの、元の物質で構成されている。この化学変化は続成作用の一例である。残るのは、多くの場合、フィトレイムと呼ばれる炭質の膜であり、この場合、化石は圧縮化石と呼ばれる。しかし、多くの場合、フィトレイムは失われ、岩石に残った生物の痕跡（印象化石）だけが残る。ただし、多くの場合、圧縮化石と印象化石は同時に発生する。たとえば、岩石が割れると、フィトレイムは一方の部分に付着している（圧縮化石）のに対し、もう一方の部分は単なる印象となる。このため、2つの保存様式をまとめて「圧痕化石」という用語が用いられる。[ 85 ]
炭化または石炭化した化石は、有機物が主に化学元素である炭素に還元されたものです。炭化化石は、元の生物のシルエットを形成する薄い膜で構成されており、元の有機物は一般的に軟組織でした。石炭化した化石は主に石炭で構成されており、元の有機物は一般的に木質でした。
恐竜の化石には血管などの軟組織が発見され、タンパク質が分離され、DNA断片の証拠も得られているが、これは化石化の過程で複雑な有機分子が化学的に還元されることによる生物組織の変質に対する予想外の例外である。[ 87 ] [ 88 ] [ 89 ] [ 90 ] 2014年、メアリー・シュヴァイツァーとその同僚は、恐竜の化石から回収された軟組織に関連する鉄粒子（ゲータイト-aFeO(OH)）の存在を報告した。ヘモグロビン中の鉄と血管組織の相互作用を研究したさまざまな実験に基づいて、溶液の低酸素状態と鉄キレート化が軟組織の安定性と保存性を高め、化石軟組織の予想外の保存の説明の基礎を提供すると彼らは提案した。[ 91 ]しかし、デボン紀からジュラ紀までの8つの分類群に基づいたやや古い研究では、おそらくコラーゲンを表すと思われる比較的よく保存された線維がこれらの化石すべてに保存されており、保存の質は主にコラーゲン線維の配置に依存し、密に詰まっている方が保存状態が良いことがわかった。[ 92 ]その期間内では、地質年代と保存の質の間には相関関係はないようだった。
生物封入は、骨格を持つ生物が別の生物を覆い隠したり、他の生物を吸収したりして、後者、またはその痕跡を骨格内に保存するときに起こります。[ 94 ]通常は、基質に沿って成長し、他の固着性硬骨生物を覆う、コケムシやカキなどの固着性骨格生物です。生物封入される生物が軟体である場合、一種の外部鋳型として負のレリーフとして保存されます。また、上方に成長する生きている骨格生物の上に生物が定着し、定着した生物が骨格内に保存されるケースもあります。生物封入は、オルドビス紀[ 95 ]から現在[ 94 ]までの化石記録で知られています。
示準化石（ガイド化石、指標化石、帯化石とも呼ばれる）は、地質時代（または動物相の段階）を定義し識別するために用いられる化石です。示準化石は、堆積時の状況によって異なる堆積物が異なって見える場合でも、同じ種の化石の遺骸が含まれている可能性があるという前提に基づいています。種の生息期間が短いほど、異なる堆積物をより正確に相関させることができるため、急速に進化する種の化石は示準化石として特に有用です。最適な示準化石は、一般的で、種レベルで容易に識別でき、分布範囲が広いものです。そうでなければ、2つの堆積物のうちいずれか一方を見つけて識別できる可能性は低くなります。
生痕化石は、生物の活動の化石記録であり、生物自体の保存された遺骸ではありません。生痕化石は主に足跡や巣穴から構成されますが、糞石（化石化した糞）や摂食によって残された痕跡も含まれます。[ 96 ] [ 97 ]生痕化石は、化石化しやすい硬い部分を持つ動物に限定されないデータソースであり、動物の行動を反映しているため、特に重要です。多くの生痕は、生痕を形成できたと考えられる動物の体化石よりもかなり古い時代に遡ります。[ 98 ]生痕化石をその形成者に正確に割り当てることは一般的に不可能ですが、生痕は、例えば、中程度の複雑さを持つ動物（ミミズに匹敵する）の出現の最古の物理的証拠を提供する可能性があります。[ 97 ]
糞石は、形態ではなく動物の行動（この場合は食性）の証拠を提供するので、体化石とは対照的に痕跡化石に分類されます。これらは1829年にウィリアム・バックランドによって初めて記載されました。それ以前は「化石化したモミの球果」や「ベゾアール石」として知られていました。これらは絶滅した生物の捕食と食性の直接的な証拠を提供するので、古生物学において貴重な役割を果たします。[ 99 ]糞石の大きさは数ミリメートルから60センチメートルを超えるものまで様々です。
移行化石とは、祖先グループと派生した子孫グループの両方に共通する特徴を示す生命体の化石のことです。[ 100 ]これは、子孫グループが祖先グループと肉眼解剖学的特徴や生活様式において明確に区別されている場合に特に重要です。化石記録は不完全であるため、移行化石が分岐点にどれだけ近いかを正確に知る方法は通常ありません。これらの化石は、分類学的区分が連続的な変異に対して後から押し付けられた人間の構築物であることを思い出させてくれます。
微化石とは、肉眼で分析できるサイズとほぼ同じかそれ以下の大きさの化石化した植物や動物を指す用語です。一般的に「微化石」と「大型化石」の境界として用いられるのは1mmです。微化石は、完全な（あるいはほぼ完全な）生物（海洋プランクトンである有孔虫や円石藻 など）である場合もあれば、大型の動物や植物の構成要素（小さな歯や胞子など）である場合もあります。微化石は古気候情報の宝庫として非常に重要であり、生物層序学者が岩石層の対比を行う際にもよく利用されます。
化石樹脂（通称アンバー）は、北極圏を含む世界中の多くの地層で見られる天然ポリマーです。最も古い化石樹脂は三畳紀のものですが、ほとんどは新生代のものです。特定の植物による樹脂の分泌は、昆虫から身を守り、傷を塞ぐための進化的な適応と考えられています。化石樹脂には、粘着性のある樹脂に取り込まれた他の化石（インクルージョン）が含まれていることがよくあります。これには、細菌、菌類、他の植物、動物が含まれます。動物のインクルージョンは通常、昆虫やクモなどの節足動物が大部分を占める小型の無脊椎動物で、小型のトカゲなどの脊椎動物はごくまれです。インクルージョンの保存状態は非常に良好で、小さなDNA断片も含まれています。
派生 化石、再加工化石、または再マニエ化石とは、化石化した動物や植物が死んだ時よりもかなり後に堆積した岩石中に発見された化石のことである。[ 101 ]再加工化石は、侵食によって化石が元々堆積していた岩石層から掘り出され（解放され）、より新しい堆積層に再堆積することによって作られる。
化石木材とは、化石記録に保存されている木材のことです。木材は通常、植物の中で最も保存状態が良く（そして最も簡単に見つかる）部分です。化石木材は石化している場合もあれば、そうでない場合もあります。化石木材は、保存されている植物の唯一の部分である場合もあります。[ 102 ]そのため、そのような木材には特別な植物学名が付けられることがあります。通常、これには「xylon」と、推定される近縁関係を示す用語が含まれます。例えば、Araucarioxylon（ナンヨウスギ属または関連属の木材）、Palmoxylon （正体不明のヤシの木材）、Castanoxylon（正体不明のチンカピンの木材）などです。[ 103 ]
亜化石は完新世の遺物で、現代とみなすには古すぎるものです。以前の地質時代の未鉱化の遺物は、しばしば誤って亜化石と呼ばれます。しかし、化石は軟体動物や琥珀のように比較的変化していない物質で構成されている場合があります。亜化石物質は完新世の鉱物化した遺物である場合もあります。[ 104 ]亜化石は、洞窟やその他の避難所で発見されることが多く、そこでは何千年もの間保存されることがあります。[ 105 ] [ 106 ]
亜化石は、湖底堆積物、海洋堆積物、土壌などの最近の堆積環境でよく見られます。堆積後、物理的および化学的な風化によって保存状態が変化する可能性があり、小さな亜化石は生物に摂取されることもあります。亜化石には、ユスリカの頭部カプセル、カイアシ類の甲羅、珪藻、有孔虫などが含まれます。[ 107 ]
化学化石、または化学化石とは、岩石や化石燃料（石油、石炭、天然ガス）に含まれる化学物質で、古代の生命の有機的な痕跡を示すものです。分子化石と同位体比は、2種類の化学化石です。[ 108 ]地球上で最も古い生命の痕跡は、この種の化石であり、 41億年前という早い時期に生命が存在していたことを示唆するジルコン中の炭素同位体異常などが含まれます 。[ 11 ] [ 12 ]
ストロマトライトは、浅い水域で微生物、特にシアノバクテリアのバイオフィルムによって堆積粒子が捕捉、結合、固められて形成される層状の堆積構造です。[ 109 ]ストロマトライトは、35億年以上前に遡る地球上の生命の最も古い化石記録の一部を提供します。[ 110 ]
ストロマトライトは先カンブリア時代にははるかに豊富でした。より古い始生代の化石はシアノバクテリアのコロニーであると推定されていますが、より新しい（つまり原生代の）化石は真核生物の緑藻類（つまり緑藻）の原始的な形態である可能性があります。地質記録で非常に一般的なストロマトライトの属の1つはColleniaです。微生物起源であることが確認されている最古のストロマトライトは27億2400万年前のものです。[ 111 ]
2009年の発見は、微生物ストロマトライトが34億5000万年前まで遡るという強力な証拠を提供している 。[ 112 ] [ 113 ]
ストロマトライトは、生命の最初の 35億年間の化石記録の主要な構成要素であり、約 12.5 億年前にピークを迎えた。[ 112 ]その後、その量と多様性は減少し、[ 114 ]カンブリア紀の初めにはピーク時の 20% にまで減少した。最も広く支持されている説明は、ストロマトライトの形成者が草食動物の犠牲になったというもので (カンブリア基質革命)、これは 10 億年以上前には十分に複雑な生物が一般的であったことを示唆している 。[ 115 ] [ 116 ] [ 117 ]
草食動物とストロマトライトの豊富さの関連性は、オルドビス紀 後期の進化放散において十分に立証されている。ストロマトライトの豊富さは、オルドビス紀末とペルム紀末の大量絶滅によって海洋動物が激減した後も増加し、海洋動物が回復するにつれて以前のレベルに戻った。[ 118 ]後生動物の個体数と多様性の変動は、ストロマトライトの豊富さの減少の唯一の要因ではなかった可能性がある。環境の化学などの要因が変化の原因であった可能性がある。[ 119 ]
原核生物であるシアノバクテリア自体は細胞分裂によって無性生殖を行うが、より複雑な真核生物の進化のための環境を整える上で重要な役割を果たした。シアノバクテリア（および極限環境微生物であるガンマプロテオバクテリア）は、光合成を継続することで、原始地球の大気中の酸素量を増加させた主な要因であると考えられている。シアノバクテリアは、水、二酸化炭素、太陽光を利用して食物を作り出す。シアノバクテリア細胞のマットの上には、しばしば粘液の層が形成される。現代の微生物マットでは、周囲の生息地からの破片が粘液の中に閉じ込められ、炭酸カルシウムによって固められて薄い石灰岩の層が形成されることがある。これらの層は時間とともに蓄積し、ストロマトライトに共通する縞模様を形成する。生物ストロマトライトのドーム状の形態は、光合成のために生物に太陽光が継続的に浸透するために必要な垂直方向の成長の結果である。オンコライトと呼ばれる層状の球状成長構造はストロマトライトに似ており、化石記録からも知られています。トロンボライトはシアノバクテリアによって形成される、層状構造が不十分または層状構造のない凝塊状構造で、化石記録や現代の堆積物によく見られます。[ 111 ]
ナミビア南西部の深く浸食されたザリス山脈にあるクビス台地のゼブラ川峡谷地域は、原生代に発達したスロンボライト-ストロマトライト-後生動物礁の非常によく露出した例であり、ここではストロマトライトは流速が速く堆積物の流入量が多い上流側でよりよく発達している。[ 120 ]
偽化石とは、岩石中に見られる化石に似た模様のことですが、生物学的プロセスではなく地質学的プロセスによって生成されます。地質学的樹枝状結晶のような偽化石は、岩石に自然に生じた亀裂に浸透した鉱物が詰まることで形成されます。その他の偽化石としては、腎臓鉱石（鉄鉱石中の丸い形状）や苔瑪瑙（苔や植物の葉のように見える）などがあります。一部の堆積層に見られる球形または卵形の結節である団塊は、かつて恐竜の卵と考えられており、化石と間違われることもよくあります。
バイオミネラルは地球外生命の重要な指標となり得るため、火星における過去または現在の生命の探索において重要な役割を果たす可能性があると示唆されている。さらに、バイオミネラルとよく関連付けられる有機成分（バイオシグネチャー）は、生命前段階および生命段階の両方の反応において重要な役割を果たすと考えられている。[ 121 ]
2014 年 1 月 24 日、NASA は、火星探査車キュリオシティとオポチュニティによる現在の調査で、独立栄養性、化学栄養性、化学無機独立栄養性の微生物に基づく生物圏、および居住可能であった可能性のある河川湖沼環境(古代の河川や湖に関連する平原)を含む古代の水など、古代の生命の証拠を探し始めると報告した。[ 122 ] [ 123 ] [ 124 ] [ 125 ]火星における居住可能性、タフォノミー(化石に関連する)、および有機炭素の証拠の探索は、現在NASA の主要な目標となっている。[ 122 ] [ 123 ]
ある仮説によれば、紀元前6世紀のコリントスの花瓶（ボストン 63.420）は、脊椎動物の化石を描いた最古の美術記録であり、おそらく中新世のキリンと他の種の要素が組み合わさったものと思われる。[ 126 ]しかし、後にジュリアン・モンヘ＝ナヘラが専門家の評価を用いて行った研究では、哺乳類には描かれた怪物に見られるような眼骨がないため、この考えは否定されている。モンヘ＝ナヘラは、花瓶の絵に描かれている形態は、古代ギリシャ人が知っていたであろう現存するオオトカゲ科の動物に最もよく一致すると考えている。 [ 127 ]
化石取引とは、化石を売買する行為のことです。これは、研究現場から盗まれた資料を用いて違法に行われることもあり、毎年多くの重要な科学標本が失われています。時には、科学的に非常に重要な化石が発見され、研究機関が購入できない価格で合法的に取引されることもあります。そのような化石は、研究者が利用できるようになる前に、個人所有の段階で損傷を受ける可能性があります。[ 128 ]この問題は、多くの標本が盗まれている中国でよく見られます。[ 129 ]
化石収集（非科学的な意味では化石狩りとも呼ばれる）とは、科学的研究、趣味、あるいは営利目的で化石を集めることである。アマチュアによる化石収集は現代古生物学の先駆けであり、今日でも盛んに行われている趣味である。専門家もアマチュアも、科学的価値を求めて化石を収集する。アマチュアの化石収集家の中には、科学的に重要な標本を研究機関に寄贈する者もいる。
化石を健康問題の治療に用いることは伝統医学に根ざしており、化石をお守りとして用いることも含まれる。病気を緩和または治癒するために用いる特定の化石は、症状や影響を受けた臓器との類似性に基づいて選ばれることが多い（共感呪術を参照）。化石の薬としての有用性はほぼ完全にプラセボ効果であるが、化石には制酸作用があったり、必須ミネラルを供給したりする可能性もある。[ 130 ]恐竜の骨を「龍の骨」として用いることは、現代に至るまで中国伝統医学で続いており、21世紀初頭には汝陽県で白亜紀中期の恐竜の骨が消費されていた。[ 131 ]
{{cite book}}ISBN /日付の不一致（ヘルプ）泥や堆積物の形で中空の自然物（二枚貝の殻など）に入り込んだ石質の塊が固まり、型が溶解した後も鋳型として残った化石。
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