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Los fósiles más antiguos conocidos son los estromatolitos, que consisten en rocas creadas por medio de la sedimentación de sustancias, como carbonato cálcico, merced a la actividad bacteriana. Esto último se ha podido saber gracias al estudio de los estromatolitos actuales, producidos por tapetes microbianos. La formación Gunflint contiene abundantes microfósiles ampliamente aceptados como restos microbianos. Hay muchas clases de fósiles. Los más comunes son restos de caracoles o huesos transformados en piedra. Muchos de ellos muestran todos los detalles originales del caracol o del hueso, incluso examinados al microscopio. Los poros y otros espacios pequeños en su estructura se han rellenado de minerales. Los minerales son compuestos químicos, como la calcita (carbonato de calcio), que estaban disueltos en el agua. El contacto con la arena o el lodo en que se hallaban contenidos los caracoles o los huesos provocó que los citados minerales se depositaran en los espacios de su estructura. Por eso los fósiles son tan pesados. Otros fósiles, sin embargo, pueden haber perdido todas las marcas de su estructura primitiva. Por ejemplo, un caracol originalmente de calcita puede disolverse totalmente después de quedar enterrado. La impresión que queda en la roca puede llenarse con otro material y formar una réplica exacta del caracol. En otros casos, el caracol se disuelve y tan sólo queda el hueco en la piedra, una especie de molde que los paleontólogos pueden llenar con yeso para descubrir cómo se veía el animal.

Desde un punto de vista práctico distinguimos:

  • microfósiles (visibles al microscopio óptico).
  • nanofósiles (visibles al microscopio electrónico).
  • macrofósiles o megafósiles (aquellos que vemos a simple vista).

Los fósiles por lo general sólo muestran las partes duras del animal o planta: el tronco de un árbol, el caparazón de un caracol o los huesos de un dinosaurio o un pez. Algunos fósiles son más completos. Si una planta o animal queda enterrado en un tipo especial de lodo que no contenga oxígeno, algunas de las partes blandas también pueden llegar a conservarse como fósiles. Los más espectaculares de estos "fósiles perfectos" son mamuts lanudos completos hallados en suelos congelados. La carne se había conservado tan perfectamente en el hielo, que aún se podía comer después de 20.000 años. Convencionalmente se estiman como fósiles más recientes a los restos de organismos que vivieron a finales de la última glaciación cuaternaria (Würm), es decir, hace unos 13.000 años aproximadamente. Los restos posteriores (Neolítico, Edad de los Metales, etc.) suelen considerarse ordinariamente como subfósiles.

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