Los magnetofósiles son restos fósiles de partículas magnéticas producidas por bacterias magnetotácticas (magnetobacterias) y conservadas en el registro geológico . Los magnetofósiles definitivos más antiguos formados a partir del mineral magnetita provienen de los lechos de tiza del Cretácico del sur de Inglaterra, mientras que los informes de magnetofósiles, no considerados robustos, se extienden en la Tierra hasta el Gunflint Chert, de 1.900 millones de años de antigüedad ; pueden incluir el meteorito marciano ALH84001 de cuatro mil millones de años .
Los organismos magnetotácticos son procarióticos , y sólo se ha informado de un ejemplo de magnetofósiles gigantes, probablemente producidos por organismos eucariotas . [1] Las bacterias magnetotácticas, la fuente de los magnetofósiles, son bacterias productoras de magnetita (Fe 3 O 4 ) o greigita (Fe 3 S 4 ) que se encuentran tanto en ambientes marinos como de agua dulce. Estas bacterias magnetotáticas portadoras de magnetita se encuentran en la zona de transición óxico -anóxica, donde las condiciones son tales que los niveles de oxígeno son menores que los que se encuentran en la atmósfera ( microaerófilos ). [2] En comparación con las bacterias magnetotácticas productoras de magnetita y los magnetofósiles posteriores, se sabe poco sobre los entornos en los que se crean los magnetofósiles de greigita y las propiedades magnéticas de las partículas de greigita conservadas.
La existencia de bacterias magnetotácticas se sugirió por primera vez en la década de 1960, cuando Salvatore Bellini, de la Universidad de Pavía, descubrió bacterias en un pantano que parecían alinearse con las líneas del campo magnético de la Tierra . [3] Después de este descubrimiento, los investigadores comenzaron a pensar en el efecto de las bacterias magnetotácticas en el registro fósil y la magnetización de las capas sedimentarias .
La mayor parte de la investigación se concentró en ambientes marinos, [4] aunque se ha sugerido que estos magnetofósiles se pueden encontrar en sedimentos terrestres (derivados de fuentes terrestres). [5] Estos magnetofósiles se pueden encontrar en todo el registro sedimentario y, por lo tanto, están influenciados por la tasa de deposición. Los episodios de alta sedimentación, que no se correlacionan con un aumento en la producción de magnetobacterias y, por lo tanto, de magnetofósiles, pueden disminuir enormemente las concentraciones de magnetofósiles, aunque este no siempre es el caso. Un aumento de la sedimentación normalmente coincide con un aumento de la erosión de la tierra y, por tanto, un aumento de la abundancia de hierro y del suministro de nutrientes.
Dentro de las bacterias magnetotácticas, los cristales de magnetita y greigita se biosintetizan ( biomineralizan ) dentro de orgánulos llamados magnetosomas . Estos magnetosomas forman cadenas dentro de la célula bacteriana y, al hacerlo, proporcionan al organismo un dipolo magnético permanente. El organismo lo utiliza para la navegación geomagnética, para alinearse con el campo geomagnético de la Tierra ( magnetotaxis ) y para alcanzar la posición óptima a lo largo de gradientes químicos verticales.
Cuando un organismo muere, los magnetosomas quedan atrapados en los sedimentos. En las condiciones adecuadas, principalmente si las condiciones redox son correctas, la magnetita puede fosilizarse y, por tanto, almacenarse en el registro sedimentario. [5] La fosilización de la magnetita (magnetofósiles) dentro de los sedimentos contribuye en gran medida a la magnetización remanente natural de las capas de sedimentos. La magnetización remanente natural es el magnetismo permanente que queda en una roca o sedimento después de su formación.
Las bacterias magnetotácticas utilizan hierro para crear magnetita en magnetosomas. Como resultado de este proceso, los niveles elevados de hierro se correlacionan con una mayor producción de bacterias magnetotácticas. Los aumentos en los niveles de hierro se han asociado durante mucho tiempo con períodos hipertérmicos [6] (períodos de calentamiento, generalmente entre 4 y 8 grados Celsius) en la historia de la Tierra. Estos eventos hipertermales, como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno o el Período Cálido del Holoceno (HWP), estimularon una mayor productividad en los foraminíferos planctónicos y bentónicos, [6] lo que a su vez resultó en mayores niveles de sedimentación. Además, un aumento de temperatura (como el del HWP) también puede estar asociado con un período húmedo. Estas condiciones cálidas y húmedas fueron favorables para la producción de magnetofósiles debido a un mayor suministro de nutrientes en un período de calentamiento posglacial durante el HWP. Como resultado, este período muestra un aumento en la concentración de magnetofósiles. Utilizando este aumento de concentración, los investigadores pueden utilizar los magnetofósiles como indicador de un período de temperaturas relativamente altas (o bajas) en la historia de la Tierra. La datación de estas rocas puede proporcionar información sobre el período de este cambio climático y puede correlacionarse con otras formaciones rocosas o entornos de depósito en los que el clima de la Tierra en ese momento puede no haber sido tan claro. El envejecimiento de los sedimentos y la disolución o alteración de la magnetita presentan problemas a la hora de proporcionar mediciones útiles, ya que es posible que no se preserve la integridad estructural de los cristales. [2]
Los magnetofósiles no sólo se estudian por sus indicadores paleoambientales o paleoclimáticos. Como se mencionó anteriormente, los magnetofósiles mantienen una magnetización remanente cuando se forman. Es decir, la magnetita (o greigita) se alinea en la dirección del campo geomagnético. Se puede considerar que los cristales de magnetita son un imán simple con un polo norte y sur; esta orientación norte-sur se alinea con los polos magnéticos norte-sur de la Tierra. Luego, estos fósiles se entierran dentro del registro rocoso. Los investigadores pueden examinar estas muestras de roca en un magnetómetro remanente donde se eliminan los efectos del campo magnético actual de la Tierra, para determinar la magnetización remanente o inicial de la muestra de roca cuando se formó. Al conocer la orientación de la roca in situ y la magnetización remanente, los investigadores pueden determinar el campo geomagnético de la Tierra en el momento en que se formó la roca. Esto se puede utilizar como indicador de la dirección del campo magnético, o de las inversiones en el campo magnético de la Tierra , donde los polos magnéticos norte y sur de la Tierra cambian (lo que ocurre en promedio cada 450.000 años).
Existen muchos métodos para detectar y medir magnetofósiles, aunque existen algunos problemas con la identificación. Las investigaciones actuales sugieren que los oligoelementos encontrados en los cristales de magnetita [2] formados en bacterias magnetotácticas difieren de los cristales formados por otros métodos. También se ha sugerido que la incorporación de calcio y estroncio puede usarse para identificar la magnetita inferida de bacterias magnetotácticas. Se están utilizando otros métodos, como la microscopía electrónica de transmisión (TEM) [7] de muestras de pozos profundos y la espectroscopia de resonancia ferromagnética (FMR) [8] . La espectroscopía FMR de cadenas de bacterias magnetotácticas cultivadas en comparación con muestras de sedimentos se está utilizando para inferir la preservación de los magnetofósiles en períodos de tiempo geológicos. Las investigaciones sugieren que los magnetofósiles conservan su magnetización remanente a mayores profundidades de enterramiento, aunque esto no está del todo confirmado. Las mediciones FMR de magnetización remanente isotérmica de saturación (SIRM) en algunas muestras, en comparación con las mediciones FMR y de lluvia tomadas durante los últimos 70 años, han demostrado que los magnetofósiles pueden retener un registro de variaciones de paleolluvia [9] en una escala de tiempo más corta (cientos de años). años), lo que lo convierte en un indicador paleoclimático de la historia reciente muy útil. [5]
El proceso de formación de magnetita y greigita a partir de bacterias magnetotácticas y la formación de magnetofósiles se comprenden bien, aunque las relaciones más específicas, como las que existen entre la morfología de estos fósiles y el efecto sobre el clima, la disponibilidad de nutrientes y la disponibilidad ambiental requerirían más investigación. Sin embargo, esto no altera la promesa de una mejor comprensión de la ecología microbiana de la Tierra [9] y las variaciones geomagnéticas a gran escala de tiempo que presentan los magnetofósiles. A diferencia de otros métodos utilizados para proporcionar información sobre la historia de la Tierra, los magnetofósiles normalmente deben verse en grandes cantidades para proporcionar información útil sobre la historia antigua de la Tierra. Aunque concentraciones más bajas pueden contar su propia historia del paleoclima, paleoambiental y paleoecológico más reciente de la Tierra.