Los magnetofósiles son los restos fósiles de partículas magnéticas producidas por bacterias magnetotácticas (magnetobacterias) y preservadas en el registro geológico . Los magnetofósiles definitivos más antiguos formados a partir del mineral magnetita provienen de los estratos de tiza del Cretácico del sur de Inglaterra, mientras que los informes de magnetofósiles, que no se consideran sólidos, se extienden en la Tierra hasta el sílex de Gunflint , de 1.900 millones de años ; pueden incluir el meteorito marciano ALH84001, de cuatro mil millones de años .
Los organismos magnetotácticos son procariotas , y solo 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 de agua dulce como marinos. Estas bacterias magnetotácticas 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 ( microaerófilo ). [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 preservadas.
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 pueden encontrarse en sedimentos terrestres (derivados de fuentes terrestres). [5] Estos magnetofósiles pueden encontrarse 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 reducir enormemente las concentraciones de magnetofósiles, aunque este no es siempre el caso. Un aumento en la sedimentación normalmente coincide con un aumento de la erosión terrestre y, por lo tanto, un aumento en la abundancia de hierro y el suministro de nutrientes.
En las bacterias magnetotácticas, los cristales de magnetita y greigita se biosintetizan ( biomineralizan ) en 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 lo 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 permanece en una roca o sedimento después de que se haya formado.
Las bacterias magnetotácticas utilizan el hierro para crear magnetita en los magnetosomas. Como resultado de este proceso, el aumento de los niveles de hierro se correlaciona con el aumento de la producción de bacterias magnetotácticas. Los aumentos en los niveles de hierro se han asociado durante mucho tiempo con los períodos hipertérmicos [6] (periodo de calentamiento, generalmente entre 4 y 8 grados Celsius) en la historia de la Tierra. Estos eventos hipertérmicos, como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno o el Periodo Cálido del Holoceno (HWP), estimularon el aumento de la productividad en los foraminíferos planctónicos y bentónicos, [6] lo que a su vez, resultó en mayores niveles de sedimentación. Además, un aumento de la temperatura (como el del HWP) también puede estar asociado con un periodo húmedo. Estas condiciones cálidas y húmedas fueron favorables para la producción de magnetofósiles debido a un mayor suministro de nutrientes en un periodo de calentamiento posglacial durante el HWP. Como resultado, este periodo 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 tiempo de este cambio climático y puede correlacionarse con otras formaciones rocosas o entornos de sedimentación 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 para proporcionar mediciones útiles, ya que la integridad estructural de los cristales puede no estar preservada. [2]
Los magnetofósiles no sólo se estudian por sus indicadores paleoambientales o paleoclimáticos. Como se mencionó anteriormente, los magnetofósiles tienen una magnetización remanente cuando se forman. Es decir, la magnetita (o greigita) se alinea en la dirección del campo geomagnético. Los cristales de magnetita pueden considerarse como un imán simple con un polo norte y sur, esta orientación norte-sur se alinea con los polos magnéticos norte-sur de la Tierra. Estos fósiles luego se entierran dentro del registro de rocas. 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 puede usarse como un 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 sucede en promedio cada 450.000 años).
Existen muchos métodos para detectar y medir magnetofósiles, aunque existen algunos problemas con la identificación. La investigación actual sugiere que los elementos traza 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 se puede utilizar para identificar la magnetita inferida de las 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 espectroscopia FMR de cadenas de bacterias magnetotácticas cultivadas en comparación con muestras de sedimentos se está utilizando para inferir la preservación de magnetofósiles a lo largo de marcos de tiempo geológicos. La investigación sugiere que los magnetofósiles retienen su magnetización remanente a profundidades de enterramiento más profundas, aunque esto no está completamente confirmado. Las mediciones FMR de magnetización remanente isotérmica de saturación (SIRM) en algunas muestras, comparadas con 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), lo que los convierte en un indicador paleoclimático de historia reciente muy útil. [5]
El proceso de formación de magnetita y greigita a partir de bacterias magnetotácticas y la formación de magnetofósiles son bien conocidos, 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 lo largo de una gran escala de tiempo presentadas por los magnetofósiles. A diferencia de otros métodos utilizados para proporcionar información sobre la historia de la Tierra, los magnetofósiles normalmente tienen que verse en grandes cantidades para proporcionar información útil sobre la historia antigua de la Tierra. Aunque concentraciones más bajas pueden contar su propia historia de la historia paleoclimática, paleoambiental y paleoecológica más reciente de la Tierra.