La paleontologia è un ampio campo di studio che si concentra sulla storia della vita sulla Terra. I fossili, che sono i resti materiali (ossa, denti, conchiglie) o le tracce (fisiche o chimiche) di antichi organismi, sono ciò che i paleontologi studiano.

Fossili di organismi unicellulari sono noti da rocce di circa 3,5 miliardi di anni, e tracce chimiche di vita (isotopi di carbonio di presunta origine biologica) possono estendersi ancora più indietro nel tempo. È un fatto innegabile che il record fossile è un archivio incompleto della storia della vita, e questo è particolarmente vero per gli organismi con scarso potenziale di conservazione, come i vermi a corpo molle e le meduse. Tuttavia, la qualità del record fossile è sorprendentemente buona per quegli animali con scheletri durevoli, come brachiopodi, trilobiti, molluschi e vertebrati.

Molti sottocampi cadono sotto l’ampia voce della paleontologia. La maggior parte dei paleontologi moderni concentrano i loro sforzi sulla descrizione dei fossili e sulla decifrazione della storia evolutiva, o filogenesi. Questi “paleobiologi” tendono a specializzarsi su particolari gruppi di organismi fossili, come procarioti monocellulari o eucarioti, piante, invertebrati o vertebrati. Attraverso i loro sforzi gli scienziati ottengono una comprensione più profonda dell’evoluzione e della diversificazione della vita attraverso il tempo. Gli scienziati ottengono anche un migliore apprezzamento del processo evolutivo, perché il record fossile fornisce la registrazione a lungo termine dell’evoluzione in azione. Infatti, i modi proposti di cambiamento evolutivo, come il gradualismo fletico e l’equilibrio punteggiato, sono basati su modelli derivati direttamente dal record fossile.

Un altro ramo attivo della ricerca paleontologica è la paleoecologia, che è lo studio delle relazioni e delle interazioni tra gli organismi fossili e i loro paleoambienti. I paleontologi impegnati nella ricerca paleoecologica potrebbero concentrare i loro sforzi su un singolo taxon. Per esempio, un paleontologo può scegliere di studiare le attività predatorie di una particolare lumaca fossile seguendo le tracce distintive della sua predazione (perforazioni) nelle conchiglie dei bivalvi fossili associati. Un altro paleontologo può esaminare le foglie fossilizzate e i tessuti legnosi degli alberi antichi per identificare le tracce diagnostiche di un insetto fossile che si è guadagnato da vivere nei tessuti della pianta estinta. Un altro ancora può studiare il contenuto delle feci fossilizzate (chiamate coproliti) per decifrare le preferenze alimentari e le capacità digestive di una specie estinta di dinosauro. Su una scala più grande, i paleontologi possono scegliere di seguire i cambiamenti ecologici di intere comunità attraverso il tempo. Un primo esempio di questo tipo di ricerca paleoecologica sarebbe l’analisi di antiche comunità vegetali in risposta a cambiamenti climatici a lungo termine.

Ancora un altro campo contemporaneo nell’ambito della ricerca paleontologica è la tafonomia, che è lo studio di come i resti organici sono incorporati nella roccia. Le analisi tafonomiche si concentrano sulla storia post-mortem dei resti biologici, come il decadimento, la disarticolazione (separazione delle parti del corpo), il trasporto (forse fuori dall’habitat vitale) e la sepoltura. Gli studi tafonomici possono rivelare importanti tendenze e distorsioni nel record fossile, che devono essere riconosciuti per produrre accurate ricostruzioni paleoecologiche ed evolutive. Al livello più elementare, la tafonomia sottolinea che la scarsità di creature dal corpo molle nel record fossile non è dovuta alla scarsità degli organismi originali, ma alla scarsa conservazione delle parti molli del corpo.

Infine, molti paleontologi oggi sono impegnati in ricerche direttamente collegate al fenomeno dell’estinzione di massa, che purtroppo è anche un problema ambientale contemporaneo. Seguendo il record delle estinzioni nel tempo, i paleontologi possono fornire intuizioni uniche sui potenziali agenti che causano la decimazione di interi ecosistemi su scala globale, come gli impatti extraterrestri. Possono anche ottenere un apprezzamento per i tempi e la natura del recupero biotico dopo i grandi eventi di estinzione.