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Fósil

Montaje de múltiples fósiles. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda: Onychocrinus y Palaeosinopa ; fila inferior: Gryphaea y Harpactocarcinus

Un fósil (del latín clásico , "fósil "; literalmente , " obtenido por excavación " ) [1] es cualquier resto, impresión o rastro preservado de cualquier cosa que alguna vez estuvo viva en una era geológica pasada . Algunos ejemplos son los huesos , las conchas , los exoesqueletos , las huellas de piedra de animales o microbios , los objetos preservados en ámbar, el cabello , la madera petrificada y los restos de ADN . La totalidad de los fósiles se conoce como registro fósil . Aunque el registro fósil está incompleto, numerosos estudios han demostrado que hay suficiente información disponible para comprender bien el patrón de diversificación de la vida en la Tierra. [2] [3] [4] Además, el registro puede predecir y llenar lagunas como el descubrimiento de Tiktaalik en el ártico de Canadá . [5] 

La paleontología incluye el estudio de los fósiles: su edad, método de formación y significado evolutivo . Los especímenes generalmente se consideran fósiles si tienen más de 10.000 años de antigüedad. [6] Los fósiles más antiguos tienen alrededor de 3.48 mil millones de años [7] [8] [9] a 4.1 mil millones de años. [10] [11] La observación en el siglo XIX de que ciertos fósiles estaban asociados con ciertos estratos de roca condujo al reconocimiento de una escala de tiempo geológica y las edades relativas de diferentes fósiles. El desarrollo de técnicas de datación radiométrica a principios del siglo XX permitió a los científicos medir cuantitativamente las edades absolutas de las rocas y los fósiles que albergan.

Hay muchos procesos que conducen a la fosilización , entre ellos la permineralización , los moldes y vaciados, la mineralización autigénica , el reemplazo y la recristalización, la adpresión, la carbonización y la bioinmaduración.

Los fósiles varían en tamaño desde bacterias de un micrómetro (1 μm) [12] hasta dinosaurios y árboles, de muchos metros de largo y muchas toneladas de peso. Un fósil normalmente conserva solo una parte del organismo fallecido, generalmente aquella porción que fue parcialmente mineralizada durante la vida, como los huesos y dientes de los vertebrados , o los exoesqueletos quitinosos o calcáreos de los invertebrados . Los fósiles también pueden consistir en las marcas dejadas por el organismo mientras estaba vivo, como huellas de animales o heces ( coprolitos ). Estos tipos de fósiles se llaman fósiles traza o icnofósiles , a diferencia de los fósiles corporales . Algunos fósiles son bioquímicos y se llaman quimiofósiles o biofirmas .

Historia del estudio

La recolección de fósiles se remonta al menos al comienzo de la historia registrada. Los fósiles en sí se conocen como registro fósil. El registro fósil fue una de las primeras fuentes de datos que sustentan el estudio de la evolución y sigue siendo relevante para la historia de la vida en la Tierra . Los paleontólogos examinan el registro fósil para comprender el proceso de evolución y la forma en que han evolucionado determinadas especies .

Civilizaciones antiguas

Los cráneos de ceratopsianos son comunes en el paso de montaña de la Puerta de Dzungaria en Asia, una zona que antaño era famosa por sus minas de oro y sus vientos infinitamente fríos. Esto se ha atribuido a leyendas sobre grifos y la tierra de Hiperbórea.

Los fósiles han sido visibles y comunes a lo largo de la mayor parte de la historia natural, por lo que la interacción humana documentada con ellos se remonta a la historia registrada, o antes.

Hay muchos ejemplos de cuchillos de piedra paleolíticos en Europa, con equinodermos fósiles colocados con precisión en la empuñadura, que datan del Homo heidelbergensis y los neandertales . [13] Estos pueblos antiguos también perforaban agujeros en el centro de esas conchas fósiles redondas, aparentemente usándolas como cuentas para collares.

Los antiguos egipcios recolectaban fósiles de especies que se parecían a los huesos de las especies modernas que adoraban. El dios Set estaba asociado con el hipopótamo , por lo que los huesos fosilizados de especies similares a los hipopótamos se guardaban en los templos de esa deidad. [14] Las conchas fosilizadas de erizo de mar de cinco rayos se asociaban con la deidad Sopdu , la Estrella de la Mañana, equivalente a Venus en la mitología romana. [13]

Las conchas fósiles del erizo de mar de la era cretácica , Micraster , se usaban en la época medieval como coronas de pastor para proteger las casas y como panes de hadas pintados por los panaderos para atraer suerte a la elaboración del pan.

Los fósiles parecen haber contribuido directamente a la mitología de muchas civilizaciones, incluida la antigua Grecia. El historiador griego clásico Heródoto escribió sobre una zona cercana a Hiperbórea donde los grifos protegían un tesoro de oro. De hecho, en esa región aproximada existían minas de oro , donde los cráneos de Protoceratops con pico eran comunes como fósiles.

Un erudito griego posterior , Aristóteles , finalmente se dio cuenta de que las conchas marinas fósiles de las rocas eran similares a las encontradas en la playa, lo que indica que los fósiles alguna vez fueron animales vivos. Anteriormente los había explicado en términos de exhalaciones vaporosas , [15] que el erudito persa Avicena modificó en la teoría de los fluidos petrificantes ( succus lapidificatus ). El reconocimiento de las conchas marinas fósiles como originarias del mar fue desarrollado en el siglo XIV por Alberto de Sajonia , y aceptado de alguna forma por la mayoría de los naturalistas en el siglo XVI. [16]

El naturalista romano Plinio el Viejo escribió sobre las " piedras de lengua ", a las que llamó glossopetra . Se trataba de dientes fósiles de tiburón, que algunas culturas clásicas consideraban similares a las lenguas de personas o serpientes. [17] También escribió sobre los cuernos de Amón , que son amonitas fósiles , de donde el grupo de primos pulpos con caparazón obtiene su nombre moderno. Plinio también hace una de las primeras referencias conocidas a las piedras de sapo , que hasta el siglo XVIII se consideraban una cura mágica para el veneno que se originaba en las cabezas de los sapos, pero que son dientes fósiles de Lepidotes , un pez con aletas radiadas del Cretácico . [18]

Se cree que las tribus de las llanuras de América del Norte tienen fósiles asociados de manera similar, como los numerosos fósiles de pterosaurios intactos expuestos de forma natural en la región, con su propia mitología del pájaro del trueno . [19]

No se conoce ninguna conexión mitológica directa en el África prehistórica, pero hay evidencia considerable de que las tribus de allí excavaban y trasladaban fósiles a sitios ceremoniales, aparentemente tratándolos con cierta reverencia. [20]

En Japón, los dientes fósiles de tiburón se asociaron con el mítico tengu , y se pensaba que eran las garras afiladas de la criatura, documentadas algún tiempo después del siglo VIII d. C. [17]

En la China medieval, los huesos fósiles de mamíferos antiguos, incluido el Homo erectus , a menudo se confundían con " huesos de dragón " y se usaban como medicina y afrodisíacos . Además, algunos de estos huesos fósiles son recopilados como "arte" por los eruditos, que dejaron escrituras en varios artefactos, indicando el momento en que se agregaron a una colección. Un buen ejemplo es el famoso erudito Huang Tingjian de la dinastía Song durante el siglo XI, quien conservó un fósil de concha marina específico con su propio poema grabado en él. [21] En sus Ensayos del estanque de los sueños publicados en 1088, el erudito y funcionario chino de la dinastía Song Shen Kuo planteó la hipótesis de que los fósiles marinos encontrados en un estrato geológico de montañas ubicadas a cientos de millas del Océano Pacífico eran evidencia de que una costa prehistórica alguna vez había existido allí y se había desplazado a lo largo de siglos de tiempo . [22] [23] Su observación de bambúes petrificados en la zona climática seca del norte de lo que hoy es Yan'an , provincia de Shaanxi , China, lo llevó a proponer ideas tempranas de cambio climático gradual debido al crecimiento natural del bambú en áreas climáticas más húmedas. [23] [24] [25]

En la cristiandad medieval , las criaturas marinas fosilizadas en las laderas de las montañas se consideraban una prueba del diluvio bíblico del Arca de Noé . Después de observar la existencia de conchas marinas en las montañas, el antiguo filósofo griego Jenófanes (c. 570 – 478 a. C.) especuló que el mundo una vez se inundó en un gran diluvio que enterró a las criaturas vivientes en el barro seco. [26] [27]

En 1027, el persa Avicena explicó la pedregosidad de los fósiles en El libro de la curación :

Si lo que se dice sobre la petrificación de los animales y de las plantas es cierto, la causa de este fenómeno es una poderosa virtud mineralizadora y petrificante que surge en ciertos lugares pedregosos o emana repentinamente de la tierra durante los terremotos y los hundimientos, y petrifica todo lo que entra en contacto con ella. En realidad, la petrificación de los cuerpos de las plantas y de los animales no es más extraordinaria que la transformación de las aguas. [28]

Desde el siglo XIII hasta nuestros días, los estudiosos señalaron que los cráneos fósiles de Deinotherium giganteum , encontrados en Creta y Grecia, podrían haber sido interpretados como los cráneos de los cíclopes de la mitología griega , y posiblemente sean el origen de ese mito griego. [29] [30] Sus cráneos parecen tener un solo agujero para el ojo en el frente, al igual que sus primos los elefantes modernos , aunque en realidad es la abertura para su trompa.

En la mitología nórdica , las conchas de los equinodermos (el botón redondo de cinco partes que queda de un erizo de mar) estaban asociadas con el dios Thor , no solo incorporándose en piedras de trueno , representaciones del martillo de Thor y posteriores cruces en forma de martillo cuando se adoptó el cristianismo, sino que también se guardaban en las casas para obtener la protección de Thor. [13]

Estas se convirtieron en las coronas de pastor del folclore inglés, utilizadas para decoración y como amuletos de buena suerte, colocadas en las puertas de las casas y las iglesias. [31] En Suffolk , los panaderos usaban una especie diferente como amuleto de buena suerte, se referían a ellas como panes de hadas, asociándolos con los panes de forma similar que horneaban. [32] [33]

Explicaciones de la era moderna temprana

Reconstrucción esquelética de Anoplotherium commune realizada en 1812 por Georges Cuvier a partir de restos fósiles del artiodáctilo extinto de Montmartre en París, Francia

Durante el Renacimiento surgieron puntos de vista más científicos sobre los fósiles . Leonardo da Vinci coincidía con la opinión de Aristóteles de que los fósiles eran los restos de la vida antigua. [34] : 361  Por ejemplo, Leonardo notó discrepancias con el relato bíblico del diluvio como explicación de los orígenes de los fósiles:

Si el diluvio hubiera llevado las conchas a distancias de trescientas y cuatrocientas millas desde el mar, las habría llevado mezcladas con varios otros objetos naturales, todos amontonados; pero incluso a tales distancias del mar vemos las ostras todas juntas y también los mariscos y las sepias y todas las otras conchas que se congregan juntas, encontradas todas juntas muertas; y las conchas solitarias se encuentran separadas unas de otras como las vemos todos los días en las orillas del mar.

Y encontramos ostras reunidas en familias muy numerosas, entre las cuales se pueden ver algunas con sus conchas aún unidas, lo que indica que fueron dejadas allí por el mar y que todavía vivían cuando se abrió el estrecho de Gibraltar. En las montañas de Parma y Piacenza se pueden ver multitud de conchas y corales con agujeros todavía pegados a las rocas.... [35]

Ichthyosaurus y Plesiosaurus de la edición checa de 1834del Discours sur les Revolutions de la Surface du Globe de Cuvier

En 1666, Nicholas Steno examinó un tiburón y asoció sus dientes con las "lenguas de piedra" de la antigua mitología grecorromana, concluyendo que en realidad no eran lenguas de serpientes venenosas, sino los dientes de alguna especie de tiburón extinta hacía mucho tiempo. [17]

Robert Hooke (1635-1703) incluyó micrografías de fósiles en su Micrographia y fue uno de los primeros en observar foraminíferos fósiles . Sus observaciones sobre fósiles, que según él eran los restos petrificados de criaturas algunas de las cuales ya no existían, se publicaron póstumamente en 1705. [36]

William Smith (1769–1839) , un ingeniero de canales inglés, observó que las rocas de diferentes edades (basándose en la ley de superposición ) preservaban diferentes conjuntos de fósiles, y que estos conjuntos se sucedían unos a otros en un orden regular y determinable. Observó que las rocas de lugares distantes podían correlacionarse en función de los fósiles que contenían. A esto lo denominó el principio de sucesión faunística . Este principio se convirtió en una de las principales pruebas de Darwin de que la evolución biológica era real.

Georges Cuvier llegó a creer que la mayoría, si no todos, los fósiles animales que examinaba eran restos de especies extintas. Esto llevó a Cuvier a convertirse en un activo defensor de la escuela de pensamiento geológico llamada catastrofismo . Cerca del final de su artículo de 1796 sobre los elefantes vivos y fósiles, dijo:

Todos estos hechos, coherentes entre sí y no refutados por ningún informe, me parecen probar la existencia de un mundo anterior al nuestro, destruido por alguna clase de catástrofe. [37]

El interés por los fósiles, y por la geología en general, se expandió a principios del siglo XIX. En Gran Bretaña, los descubrimientos de fósiles de Mary Anning , incluido el primer ictiosaurio completo y un esqueleto completo de plesiosaurio , despertaron el interés tanto del público como de los académicos. [38]

Linneo y Darwin

Los primeros naturalistas comprendían perfectamente las similitudes y diferencias entre las especies vivas, lo que llevó a Linneo a desarrollar un sistema de clasificación jerárquica que todavía se utiliza en la actualidad. Darwin y sus contemporáneos fueron los primeros en relacionar la estructura jerárquica del árbol de la vida con el entonces muy escaso registro fósil. Darwin describió elocuentemente un proceso de descendencia con modificación, o evolución, mediante el cual los organismos se adaptan a las presiones ambientales naturales y cambiantes o perecen.

Cuando Darwin escribió El origen de las especies por medio de la selección natural o la preservación de las razas favorecidas en la lucha por la vida , los fósiles animales más antiguos eran los del Período Cámbrico , que ahora se sabe que tienen alrededor de 540 millones de años. Le preocupaba la ausencia de fósiles más antiguos debido a las implicaciones sobre la validez de sus teorías, pero expresó su esperanza de que se encontraran tales fósiles, señalando que: "solo se conoce con precisión una pequeña parte del mundo". Darwin también reflexionó sobre la aparición repentina de muchos grupos (es decir, filos ) en los estratos fosilíferos cámbricos más antiguos conocidos. [39]

Después de Darwin

Desde la época de Darwin, el registro fósil se ha ampliado hasta alcanzar una antigüedad de entre 2.300 y 3.500 millones de años. [40] La mayoría de estos fósiles precámbricos son bacterias microscópicas o microfósiles . Sin embargo, ahora se conocen fósiles macroscópicos del Proterozoico tardío. La biota de Ediacara (también llamada biota de Vendian) que data de hace 575 millones de años constituye colectivamente un conjunto ricamente diverso de eucariotas multicelulares tempranos .

El registro fósil y la sucesión faunística forman la base de la ciencia de la bioestratigrafía o determinación de la edad de las rocas basándose en fósiles incrustados. Durante los primeros 150 años de la geología , la bioestratigrafía y la superposición fueron los únicos medios para determinar la edad relativa de las rocas. La escala de tiempo geológico se desarrolló en base a las edades relativas de los estratos de roca determinadas por los primeros paleontólogos y estratígrafos .

Desde los primeros años del siglo XX, se han utilizado métodos de datación absoluta , como la datación radiométrica (incluida la datación por series de potasio/argón , argón/argón , uranio y, para fósiles muy recientes, la datación por radiocarbono ) para verificar las edades relativas obtenidas de los fósiles y proporcionar edades absolutas para muchos fósiles. La datación radiométrica ha demostrado que los estromatolitos más antiguos conocidos tienen más de 3.400 millones de años.

Era moderna

El registro fósil es la epopeya evolutiva de la vida que se desarrolló a lo largo de cuatro mil millones de años a medida que las condiciones ambientales y el potencial genético interactuaban de acuerdo con la selección natural.

El Museo Virtual de Fósiles [41]

La paleontología se ha unido a la biología evolutiva para compartir la tarea interdisciplinaria de delinear el árbol de la vida, que inevitablemente conduce hacia atrás en el tiempo hasta la vida microscópica precámbrica, cuando evolucionaron la estructura y las funciones celulares. El tiempo profundo de la Tierra en el Proterozoico y aún más profundo en el Arcaico solo se "relata mediante fósiles microscópicos y señales químicas sutiles". [42] Los biólogos moleculares, utilizando la filogenética , pueden comparar la homología de la secuencia de aminoácidos o nucleótidos de proteínas (es decir, la similitud) para evaluar la taxonomía y las distancias evolutivas entre organismos, con una confianza estadística limitada. El estudio de los fósiles, por otro lado, puede señalar de manera más específica cuándo y en qué organismo apareció por primera vez una mutación. La filogenética y la paleontología trabajan juntas para aclarar la visión aún oscura de la ciencia sobre la aparición de la vida y su evolución. [43]

Trilobite facópido Eldredgeops rana crassituberculata . El género recibe su nombre de Niles Eldredge

El estudio de Niles Eldredge sobre el género de trilobites Phacops respaldó la hipótesis de que las modificaciones en la disposición de las lentes oculares de los trilobites se produjeron de forma intermitente a lo largo de millones de años durante el Devónico . [44] La interpretación de Eldredge del registro fósil de Phacops fue que las secuelas de los cambios en las lentes, pero no el rápido proceso evolutivo, se fosilizaron. Estos y otros datos llevaron a Stephen Jay Gould y Niles Eldredge a publicar su artículo seminal sobre el equilibrio puntuado en 1971.

El análisis tomográfico de rayos X de sincrotrón de microfósiles embrionarios bilaterales del Cámbrico temprano arrojó nuevos conocimientos sobre la evolución de los metazoos en sus etapas más tempranas. La técnica de tomografía proporciona una resolución tridimensional previamente inalcanzable en los límites de la fosilización. Los fósiles de dos enigmáticos bilaterales, el gusano Markuelia y un supuesto protóstomo primitivo , Pseudooides , brindan un vistazo al desarrollo embrionario de la capa germinal . Estos embriones de 543 millones de años respaldan la aparición de algunos aspectos del desarrollo de los artrópodos antes de lo que se creía anteriormente en el Proterozoico tardío. Los embriones preservados de China y Siberia experimentaron una rápida fosfatización diagenética que resultó en una preservación exquisita, incluidas las estructuras celulares. [ jerga ] Esta investigación es un ejemplo notable de cómo el conocimiento codificado por el registro fósil continúa contribuyendo con información de otro modo inalcanzable sobre el surgimiento y desarrollo de la vida en la Tierra. Por ejemplo, la investigación sugiere que Markuelia tiene una afinidad más cercana con los gusanos priapulidos, y es adyacente a la ramificación evolutiva de Priapulida , Nematoda y Arthropoda . [45] [ jerga ]

A pesar de los avances significativos en el descubrimiento e identificación de especímenes paleontológicos, se acepta generalmente que el registro fósil es enormemente incompleto. [46] [47] Se han desarrollado enfoques para medir la integridad del registro fósil para numerosos subconjuntos de especies, incluidas aquellas agrupadas taxonómicamente, [48] [49] temporalmente, [50] ambiental/geográficamente, [51] o en suma. [52] [53] Esto abarca el subcampo de la tafonomía y el estudio de los sesgos en el registro paleontológico. [54] [55] [56]

Citas/Edad

Estratigrafía y estimaciones

Estratigrafía de la localidad Montañita-Olón de la Formación Dos Bocas . La estratigrafía es una rama útil para entender las sucesivas capas de roca y su contenido fosilífero, dando una idea de la edad relativa de los fósiles.

La paleontología busca trazar un mapa de cómo evolucionó la vida a lo largo del tiempo geológico. Un obstáculo importante es la dificultad de calcular las edades de los fósiles. Los yacimientos que preservan fósiles generalmente carecen de los elementos radiactivos necesarios para la datación radiométrica . Esta técnica es nuestro único medio de dar a las rocas de más de 50 millones de años una edad absoluta, y puede tener una precisión de hasta el 0,5% o mejor. [57] Aunque la datación radiométrica requiere un trabajo de laboratorio cuidadoso, su principio básico es simple: se conocen las tasas de desintegración de varios elementos radiactivos , por lo que la relación del elemento radiactivo con sus productos de desintegración muestra cuánto tiempo hace que el elemento radiactivo se incorporó a la roca. Los elementos radiactivos son comunes solo en rocas de origen volcánico, por lo que las únicas rocas que contienen fósiles que pueden fecharse radiométricamente son las capas de ceniza volcánica, que pueden proporcionar los extremos de los sedimentos intermedios. [57]

En consecuencia, los paleontólogos confían en la estratigrafía para datar fósiles. La estratigrafía es la ciencia de descifrar la "torta de capas" que es el registro sedimentario . [58] Las rocas normalmente forman capas relativamente horizontales, con cada capa más joven que la que está debajo. Si se encuentra un fósil entre dos capas cuyas edades se conocen, se afirma que la edad del fósil se encuentra entre las dos edades conocidas. [59] Debido a que las secuencias de rocas no son continuas, sino que pueden estar rotas por fallas o períodos de erosión , es muy difícil hacer coincidir lechos de roca que no sean directamente adyacentes. Sin embargo, los fósiles de especies que sobrevivieron durante un tiempo relativamente corto se pueden utilizar para hacer coincidir rocas aisladas: esta técnica se llama bioestratigrafía . Por ejemplo, el conodonte Eoplacognathus pseudoplanus tiene un rango corto en el período Ordovícico medio. [60] Si las rocas de edad desconocida tienen rastros de E. pseudoplanus , tienen una edad del Ordovícico medio. Estos fósiles índice deben ser distintivos, estar distribuidos globalmente y ocupar un corto rango de tiempo para ser útiles. Se producen resultados engañosos si los fósiles índice están datados incorrectamente. [61] La estratigrafía y la bioestratigrafía en general pueden proporcionar solo datación relativa ( A fue antes de B ), que a menudo es suficiente para estudiar la evolución. Sin embargo, esto es difícil para algunos períodos de tiempo, debido a los problemas involucrados en la coincidencia de rocas de la misma edad en todos los continentes . [61] Las relaciones de árbol genealógico también ayudan a limitar la fecha en que aparecieron los primeros linajes. Por ejemplo, si los fósiles de B o C datan de hace X millones de años y el "árbol genealógico" calculado dice que A fue un antepasado de B y C, entonces A debe haber evolucionado antes.

También es posible estimar cuánto tiempo hace que dos clados actuales divergieron, en otras palabras, aproximadamente cuánto tiempo hace que debe haber vivido su último ancestro común, suponiendo que las mutaciones del ADN se acumulan a un ritmo constante. Sin embargo, estos " relojes moleculares " son falibles y sólo proporcionan una cronología aproximada: por ejemplo, no son lo suficientemente precisos y fiables para estimar cuándo evolucionaron por primera vez los grupos que aparecen en la explosión cámbrica [62] , y las estimaciones producidas por diferentes técnicas pueden variar en un factor de dos. [63]

Limitaciones

En las mejores circunstancias, los organismos rara vez se conservan como fósiles, y sólo se ha descubierto una fracción de esos fósiles. Esto se ilustra por el hecho de que el número de especies conocidas a través del registro fósil es menos del 5% del número de especies vivas conocidas, lo que sugiere que el número de especies conocidas a través de fósiles debe ser mucho menor que el 1% de todas las especies que han vivido alguna vez. [64] Debido a las circunstancias especiales y raras que se requieren para que una estructura biológica se fosilice, sólo se puede esperar que un pequeño porcentaje de formas de vida estén representadas en los descubrimientos, y cada descubrimiento representa sólo una instantánea del proceso de evolución. La transición en sí misma sólo puede ilustrarse y corroborarse mediante fósiles de transición, que nunca demostrarán un punto medio exacto. [65]

El registro fósil está fuertemente sesgado hacia los organismos con partes duras, dejando a la mayoría de los grupos de organismos de cuerpo blando con poco o ningún papel. [64] Está repleto de moluscos , vertebrados , equinodermos , braquiópodos y algunos grupos de artrópodos . [66]

Sitios

Establos

Los yacimientos de fósiles con una conservación excepcional (que a veces incluye tejidos blandos preservados) se conocen como Lagerstätten (que en alemán significa "lugares de almacenamiento"). Estas formaciones pueden haber sido el resultado del entierro de cadáveres en un entorno anóxico con un mínimo de bacterias, lo que ralentiza la descomposición. Los Lagerstätten abarcan un tiempo geológico que va desde el período Cámbrico hasta el presente . En todo el mundo, algunos de los mejores ejemplos de fosilización casi perfecta son las lutitas de Maotianshan y Burgess Shale del Cámbrico , las lutitas de Hunsrück del Devónico , la caliza de Solnhofen del Jurásico y las localidades de Mazon Creek del Carbonífero .

Procesos de fosilización

Recristalización

Se dice que un fósil está recristalizado cuando los compuestos esqueléticos originales todavía están presentes pero en una forma cristalina diferente, como de aragonito a calcita . [67]

Reemplazo

Briozoo permineralizado del Devónico de Wisconsin

El reemplazo ocurre cuando la concha, el hueso u otro tejido se reemplaza por otro mineral. En algunos casos, el reemplazo mineral de la concha original ocurre tan gradualmente y en escalas tan pequeñas que las características microestructurales se conservan a pesar de la pérdida total del material original. Los científicos pueden usar estos fósiles cuando investigan la estructura anatómica de especies antiguas. [68] Se han identificado varias especies de sáuridos a partir de fósiles de dinosaurios mineralizados. [69] [70]

Permineralización

La permineralización es un proceso de fosilización que ocurre cuando un organismo es enterrado. Los espacios vacíos dentro de un organismo (espacios llenos de líquido o gas durante la vida) se llenan de agua subterránea rica en minerales . Los minerales se precipitan del agua subterránea, ocupando los espacios vacíos. Este proceso puede ocurrir en espacios muy pequeños, como dentro de la pared celular de una célula vegetal . La permineralización a pequeña escala puede producir fósiles muy detallados. [71] Para que ocurra la permineralización, el organismo debe cubrirse de sedimento poco después de la muerte, de lo contrario los restos son destruidos por carroñeros o descomposición. [72] El grado en que se descomponen los restos cuando están cubiertos determina los detalles posteriores del fósil. Algunos fósiles consisten solo en restos esqueléticos o dientes; otros fósiles contienen rastros de piel , plumas o incluso tejidos blandos. [73] Esta es una forma de diagénesis .

Fosfatación

Se trata de un proceso de fosilización en el que la materia orgánica es reemplazada por abundantes minerales de fosfato de calcio . Los fósiles producidos tienden a ser particularmente densos y tienen una coloración oscura que va del naranja oscuro al negro. [74]

Piritización

Esta preservación fósil involucra los elementos azufre y hierro . Los organismos pueden piritizarse cuando están en sedimentos marinos saturados con sulfuros de hierro. A medida que la materia orgánica se descompone, libera sulfuro que reacciona con el hierro disuelto en las aguas circundantes, formando pirita . La pirita reemplaza el material de la concha de carbonato debido a una subsaturación de carbonato en las aguas circundantes. Algunas plantas se piritizan cuando están en un terreno arcilloso, pero en menor medida que en un ambiente marino. Algunos fósiles piritizados incluyen microfósiles precámbricos , artrópodos marinos y plantas. [75] [76]

Silicificación

En la silicificación , la precipitación de sílice de cuerpos de agua saturados es crucial para la preservación de fósiles. El agua cargada de minerales permea los poros y células de algún organismo muerto, donde se convierte en un gel . Con el tiempo, el gel se deshidratará , formando una estructura cristalina rica en sílice , que puede expresarse en forma de cuarzo , calcedonia , ágata , ópalo , entre otros, con la forma del resto original. [77] [78]

Moldes y vaciados

En algunos casos, los restos originales del organismo se disuelven por completo o se destruyen de alguna otra manera. El agujero con forma de organismo que queda en la roca se llama molde externo . Si este vacío se llena más tarde con sedimento, el molde resultante se asemeja al aspecto que tenía el organismo. Un endomolde , o molde interno , es el resultado de sedimentos que llenan el interior de un organismo, como el interior de un bivalvo o un caracol o el hueco de un cráneo . [79] Los endomoldes a veces se denominan Steinkerns , especialmente cuando los bivalvos se conservan de esta manera. [80]

Mineralización autígena

Se trata de una forma especial de formación de moldes y coladas. Si la química es la adecuada, el organismo (o fragmento de organismo) puede actuar como núcleo para la precipitación de minerales como la siderita , lo que da lugar a la formación de un nódulo a su alrededor. Si esto sucede rápidamente antes de que se produzca una descomposición significativa del tejido orgánico, se pueden conservar detalles morfológicos tridimensionales muy finos. Los nódulos de los yacimientos fósiles del Carbonífero Mazon Creek de Illinois, EE. UU., se encuentran entre los ejemplos mejor documentados de dicha mineralización. [81]

Adpresión (compresión-impresión)

Los fósiles de compresión , como los de los helechos fósiles, son el resultado de la reducción química de las moléculas orgánicas complejas que componen los tejidos del organismo. En este caso, el fósil consiste en material original, aunque en un estado geoquímicamente alterado. Este cambio químico es una expresión de diagénesis . A menudo, lo que queda es una película carbonosa conocida como fitoleima, en cuyo caso el fósil se conoce como compresión. Sin embargo, a menudo se pierde la fitoleima y todo lo que queda es una impresión del organismo en la roca: un fósil de impresión. En muchos casos, sin embargo, las compresiones y las impresiones ocurren juntas. Por ejemplo, cuando la roca se abre, la fitoleima a menudo estará adherida a una parte (compresión), mientras que la contraparte será solo una impresión. Por esta razón, un término cubre los dos modos de conservación: adpresión . [82]

Carbonización y carbonificación

Los fósiles carbonizados o carbonizados consisten en restos orgánicos que se han reducido principalmente al elemento químico carbono. Los fósiles carbonizados consisten en una película fina que forma una silueta del organismo original, y los restos orgánicos originales eran típicamente tejidos blandos. Los fósiles carbonizados consisten principalmente en carbón, y los restos orgánicos originales eran típicamente de composición leñosa.

Preservación de tejidos blandos, células y moléculas

Debido a su antigüedad, una excepción inesperada a la alteración de los tejidos de un organismo por reducción química de las moléculas orgánicas complejas durante la fosilización ha sido el descubrimiento de tejido blando en fósiles de dinosaurios, incluidos los vasos sanguíneos, y el aislamiento de proteínas y evidencia de fragmentos de ADN. [84] [85] [86] [87] En 2014, Mary Schweitzer y sus colegas informaron la presencia de partículas de hierro ( goethita -aFeO(OH)) asociadas con tejidos blandos recuperados de fósiles de dinosaurios. Basándose en varios experimentos que estudiaron la interacción del hierro en la hemoglobina con el tejido de los vasos sanguíneos, propusieron que la hipoxia en solución junto con la quelación del hierro mejora la estabilidad y la preservación del tejido blando y proporciona la base para una explicación de la preservación imprevista de los tejidos blandos fósiles. [88] Sin embargo, un estudio un poco más antiguo basado en ocho taxones que abarcan desde el Devónico hasta el Jurásico encontró que en todos estos fósiles se conservaron fibrillas razonablemente bien conservadas que probablemente representan colágeno y que la calidad de la conservación dependía principalmente de la disposición de las fibras de colágeno, y que el empaquetamiento apretado favorecía una buena conservación. [89] No parecía haber correlación entre la edad geológica y la calidad de la conservación dentro de ese período de tiempo.

Bioinmunidad

Los agujeros en forma de estrella ( Catellocaula vallata ) en este briozoo del Ordovícico Superior representan un organismo de cuerpo blando preservado por bioinmaduración en el esqueleto del briozoo. [90]

La bioinmuración ocurre cuando un organismo esquelético crece demasiado o subsume de otra manera a otro organismo, preservando a este último, o una impresión de él, dentro del esqueleto. [91] Por lo general, se trata de un organismo esquelético sésil , como un briozoo o una ostra , que crece a lo largo de un sustrato , cubriendo otros esclerobiontes sésiles . A veces, el organismo bioinmuracionado tiene un cuerpo blando y luego se conserva en relieve negativo como una especie de molde externo. También hay casos en los que un organismo se asienta sobre un organismo esquelético vivo que crece hacia arriba, preservando al colono en su esqueleto. La bioinmuración se conoce en el registro fósil desde el Ordovícico [92] hasta el Reciente. [91]

Tipos

Ejemplos de fósiles índice

Índice

Los fósiles índice (también conocidos como fósiles guía, fósiles indicadores o fósiles zonales) son fósiles que se utilizan para definir e identificar períodos geológicos (o estadios faunísticos). Se basan en la premisa de que, aunque los distintos sedimentos pueden tener un aspecto diferente según las condiciones en las que se depositaron, pueden incluir los restos de la misma especie de fósil. Cuanto más corto sea el intervalo temporal de la especie, con mayor precisión se pueden correlacionar los distintos sedimentos, por lo que los fósiles de especies que evolucionan rápidamente son especialmente valiosos. Los mejores fósiles índice son comunes, fáciles de identificar a nivel de especie y tienen una amplia distribución; de lo contrario, la probabilidad de encontrar y reconocer uno de los dos sedimentos es escasa.

Rastro

Los fósiles traza consisten principalmente en huellas y madrigueras, pero también incluyen coprolitos ( heces fósiles ) y marcas dejadas por la alimentación. [93] [94] Los fósiles traza son particularmente significativos porque representan una fuente de datos que no se limita a animales con partes duras fácilmente fosilizables, y reflejan comportamientos animales. Muchos rastros datan de un tiempo significativamente anterior a los fósiles corporales de animales que se cree que fueron capaces de hacerlos. [95] Si bien la asignación exacta de fósiles traza a sus creadores es generalmente imposible, los rastros pueden, por ejemplo, proporcionar la evidencia física más temprana de la aparición de animales moderadamente complejos (comparables a las lombrices de tierra ). [94]

Los coprolitos se clasifican como fósiles traza en lugar de fósiles corporales, ya que brindan evidencia del comportamiento del animal (en este caso, la dieta) en lugar de la morfología. Fueron descritos por primera vez por William Buckland en 1829. Antes de esto, se los conocía como " conos de abeto fósiles " y " piedras bezoar ". Cumplen una función valiosa en paleontología porque brindan evidencia directa de la depredación y la dieta de organismos extintos. [96] Los coprolitos pueden variar en tamaño desde unos pocos milímetros hasta más de 60 centímetros.

Transicional

Un fósil de transición es cualquier resto fosilizado de una forma de vida que exhibe rasgos comunes tanto a un grupo ancestral como a su grupo descendiente derivado. [97] Esto es especialmente importante cuando el grupo descendiente se diferencia claramente del grupo ancestral por su anatomía macroscópica y su modo de vida. Debido a la incompletitud del registro fósil, normalmente no hay forma de saber exactamente qué tan cerca está un fósil de transición del punto de divergencia. Estos fósiles sirven como recordatorio de que las divisiones taxonómicas son construcciones humanas que se han impuesto en retrospectiva en un continuo de variación.

Microfósiles

Microfósiles de aproximadamente 1 mm.

Microfósil es un término descriptivo aplicado a plantas y animales fosilizados cuyo tamaño es justo o inferior al nivel en el que el fósil puede analizarse a simple vista. Un punto de corte que se aplica comúnmente entre fósiles "micro" y "macro" es 1 mm. Los microfósiles pueden ser organismos completos (o casi completos) en sí mismos (como los foraminíferos planctónicos marinos y los cocolitóforos ) o partes componentes (como dientes pequeños o esporas ) de animales o plantas más grandes. Los microfósiles son de importancia crítica como reservorio de información paleoclimática y también son comúnmente utilizados por los bioestratígrafos para ayudar en la correlación de unidades de roca.

Resina

Avispa Leptofoenus pittfieldae atrapada en ámbar dominicano , de hace 20 a 16 millones de años. Se conoce solo a partir de este ejemplar.

La resina fósil (coloquialmente llamada ámbar ) es un polímero natural que se encuentra en muchos tipos de estratos en todo el mundo, incluso en el Ártico . La resina fósil más antigua data del Triásico , aunque la mayoría data del Cenozoico . Se cree que la excreción de la resina por parte de ciertas plantas es una adaptación evolutiva para protegerse de los insectos y sellar heridas. La resina fósil a menudo contiene otros fósiles llamados inclusiones que fueron capturados por la resina pegajosa. Estos incluyen bacterias, hongos, otras plantas y animales. Las inclusiones animales suelen ser pequeños invertebrados , predominantemente artrópodos como insectos y arañas, y solo muy raramente un vertebrado como un pequeño lagarto. La conservación de las inclusiones puede ser exquisita, incluidos pequeños fragmentos de ADN .

Derivado o reelaborado

Centro vertebral erosionado de plesiosaurio del Jurásico hallado en las gravas de esponja de Faringdon del Cretácico Inferior en Faringdon, Inglaterra. Un ejemplo de fósil remanufacturado .

A derived, reworked or remanié fossil is a fossil found in rock that accumulated significantly later than when the fossilized animal or plant died.[98] Reworked fossils are created by erosion exhuming (freeing) fossils from the rock formation in which they were originally deposited and their redeposition in a younger sedimentary deposit.

Wood

Fossil wood is wood that is preserved in the fossil record. Wood is usually the part of a plant that is best preserved (and most easily found). Fossil wood may or may not be petrified. The fossil wood may be the only part of the plant that has been preserved;[99] therefore such wood may get a special kind of botanical name. This will usually include "xylon" and a term indicating its presumed affinity, such as Araucarioxylon (wood of Araucaria or some related genus), Palmoxylon (wood of an indeterminate palm), or Castanoxylon (wood of an indeterminate chinkapin).[100]

Subfossil

A subfossil dodo skeleton

The term subfossil can be used to refer to remains, such as bones, nests, or fecal deposits, whose fossilization process is not complete, either because the length of time since the animal involved was living is too short or because the conditions in which the remains were buried were not optimal for fossilization.[101] Subfossils are often found in caves or other shelters where they can be preserved for thousands of years.[102] The main importance of subfossil vs. fossil remains is that the former contain organic material, which can be used for radiocarbon dating or extraction and sequencing of DNA, protein, or other biomolecules. Additionally, isotope ratios can provide much information about the ecological conditions under which extinct animals lived. Subfossils are useful for studying the evolutionary history of an environment and can be important to studies in paleoclimatology.

Subfossils are often found in depositionary environments, such as lake sediments, oceanic sediments, and soils. Once deposited, physical and chemical weathering can alter the state of preservation, and small subfossils can also be ingested by living organisms. Subfossil remains that date from the Mesozoic are exceptionally rare, are usually in an advanced state of decay, and are consequently much disputed.[103] The vast bulk of subfossil material comes from Quaternary sediments, including many subfossilized chironomid head capsules, ostracod carapaces, diatoms, and foraminifera.

Subfossil Theba geminata

For remains such as molluscan seashells, which frequently do not change their chemical composition over geological time, and may occasionally even retain such features as the original color markings for millions of years, the label 'subfossil' is applied to shells that are understood to be thousands of years old, but are of Holocene age, and therefore are not old enough to be from the Pleistocene epoch.[104]

Chemical fossils

Chemical fossils, or chemofossils, are chemicals found in rocks and fossil fuels (petroleum, coal, and natural gas) that provide an organic signature for ancient life. Molecular fossils and isotope ratios represent two types of chemical fossils.[105] The oldest traces of life on Earth are fossils of this type, including carbon isotope anomalies found in zircons that imply the existence of life as early as 4.1 billion years ago.[10][11]

Stromatolites

Lower Proterozoic stromatolites from Bolivia, South America

Stromatolites are layered accretionary structures formed in shallow water by the trapping, binding and cementation of sedimentary grains by biofilms of microorganisms, especially cyanobacteria.[106] Stromatolites provide some of the most ancient fossil records of life on Earth, dating back more than 3.5 billion years ago.[107]

Stromatolites were much more abundant in Precambrian times. While older, Archean fossil remains are presumed to be colonies of cyanobacteria, younger (that is, Proterozoic) fossils may be primordial forms of the eukaryote chlorophytes (that is, green algae). One genus of stromatolite very common in the geologic record is Collenia. The earliest stromatolite of confirmed microbial origin dates to 2.724 billion years ago.[108]

A 2009 discovery provides strong evidence of microbial stromatolites extending as far back as 3.45 billion years ago.[109][110]

Stromatolites are a major constituent of the fossil record for life's first 3.5 billion years, peaking about 1.25 billion years ago.[109] They subsequently declined in abundance and diversity,[111] which by the start of the Cambrian had fallen to 20% of their peak. The most widely supported explanation is that stromatolite builders fell victims to grazing creatures (the Cambrian substrate revolution), implying that sufficiently complex organisms were common over 1 billion years ago.[112][113][114]

The connection between grazer and stromatolite abundance is well documented in the younger Ordovician evolutionary radiation; stromatolite abundance also increased after the end-Ordovician and end-Permian extinctions decimated marine animals, falling back to earlier levels as marine animals recovered.[115] Fluctuations in metazoan population and diversity may not have been the only factor in the reduction in stromatolite abundance. Factors such as the chemistry of the environment may have been responsible for changes.[116]

While prokaryotic cyanobacteria themselves reproduce asexually through cell division, they were instrumental in priming the environment for the evolutionary development of more complex eukaryotic organisms. Cyanobacteria (as well as extremophile Gammaproteobacteria) are thought to be largely responsible for increasing the amount of oxygen in the primeval Earth's atmosphere through their continuing photosynthesis. Cyanobacteria use water, carbon dioxide and sunlight to create their food. A layer of mucus often forms over mats of cyanobacterial cells. In modern microbial mats, debris from the surrounding habitat can become trapped within the mucus, which can be cemented by the calcium carbonate to grow thin laminations of limestone. These laminations can accrete over time, resulting in the banded pattern common to stromatolites. The domal morphology of biological stromatolites is the result of the vertical growth necessary for the continued infiltration of sunlight to the organisms for photosynthesis. Layered spherical growth structures termed oncolites are similar to stromatolites and are also known from the fossil record. Thrombolites are poorly laminated or non-laminated clotted structures formed by cyanobacteria common in the fossil record and in modern sediments.[108]

The Zebra River Canyon area of the Kubis platform in the deeply dissected Zaris Mountains of southwestern Namibia provides an extremely well exposed example of the thrombolite-stromatolite-metazoan reefs that developed during the Proterozoic period, the stromatolites here being better developed in updip locations under conditions of higher current velocities and greater sediment influx.[117]

Pseudofossils

An example of a pseudofossil: Manganese dendrites on a limestone bedding plane from Solnhofen, Germany; scale in mm

Pseudofossils are visual patterns in rocks that are produced by geologic processes rather than biologic processes. They can easily be mistaken for real fossils. Some pseudofossils, such as geological dendrite crystals, are formed by naturally occurring fissures in the rock that get filled up by percolating minerals. Other types of pseudofossils are kidney ore (round shapes in iron ore) and moss agates, which look like moss or plant leaves. Concretions, spherical or ovoid-shaped nodules found in some sedimentary strata, were once thought to be dinosaur eggs, and are often mistaken for fossils as well.

Astrobiology

It has been suggested that biominerals could be important indicators of extraterrestrial life and thus could play an important role in the search for past or present life on the planet Mars. Furthermore, organic components (biosignatures) that are often associated with biominerals are believed to play crucial roles in both pre-biotic and biotic reactions.[118]

On 24 January 2014, NASA reported that current studies by the Curiosity and Opportunity rovers on Mars will now be searching for evidence of ancient life, including a biosphere based on autotrophic, chemotrophic and/or chemolithoautotrophic microorganisms, as well as ancient water, including fluvio-lacustrine environments (plains related to ancient rivers or lakes) that may have been habitable.[119][120][121][122] The search for evidence of habitability, taphonomy (related to fossils), and organic carbon on the planet Mars is now a primary NASA objective.[119][120]

Art

According to one hypothesis, a Corinthian vase from the 6th century BCE is the oldest artistic record of a vertebrate fossil, perhaps a Miocene giraffe combined with elements from other species.[123] However, a subsequent study using artificial intelligence and expert evaluations reject this idea, because mammals do not have the eye bones shown in the painted monster. Morphologically, the vase painting correspond to a carnivorous reptile of the Varanidae family that still lives in regions occupied by the ancient Greek.[124]

Trading and collecting

Fossil trading is the practice of buying and selling fossils. This is many times done illegally with artifacts stolen from research sites, costing many important scientific specimens each year.[125] The problem is quite pronounced in China, where many specimens have been stolen.[126]

Fossil collecting (sometimes, in a non-scientific sense, fossil hunting) is the collection of fossils for scientific study, hobby, or profit. Fossil collecting, as practiced by amateurs, is the predecessor of modern paleontology and many still collect fossils and study fossils as amateurs. Professionals and amateurs alike collect fossils for their scientific value.

As medicine

The use of fossils to address health issues is rooted in traditional medicine and include the use of fossils as talismans. The specific fossil to use to alleviate or cure an illness is often based on its resemblance to the symptoms or affected organ. The usefulness of fossils as medicine is almost entirely a placebo effect, though fossil material might conceivably have some antacid activity or supply some essential minerals.[127] The use of dinosaur bones as "dragon bones" has persisted in Traditional Chinese medicine into modern times, with mid-Cretaceous dinosaur bones being used for the purpose in Ruyang County during the early 21st century.[128]

Gallery

See also

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