Escrito por
Rául Esperante
Geoscience Research Institute

Los fósiles son un registro de organismos que vivieron en el pasado. Hay dos categorías principales de fósiles: fósiles corporales e icnofósiles. Los fósiles corporales son el resultado de la preservación de partes o de todo el cuerpo de una planta, animal o microorganismo. Estos son los fósiles con los que la gente está más familiarizada, los que consisten en esqueletos, dientes, conchas, caparazones, ámbar, madera petrificada, material vegetal, polen, etc. Los icnofósiles (también llamados fósiles traza) no consisten en partes del animal o planta, sino en evidencia de la actividad de un organismo, como pisadas y huellas de animales, madrigueras, perforaciones en rocas u otros sustratos, rastros de raíces de plantas y coprolitos (heces fósiles).

Los fósiles se encuentran en rocas sedimentarias, que se forman por la sedimentación de arena y barro, o la precipitación de minerales como la calcita y la sílice. La mayoría de las rocas sedimentarias y los fósiles allí, contienen evidencia de sedimentación acuática. El estudio de los fósiles y las rocas asociadas en las que se conservan nos proporciona información sobre las antiguas condiciones en las que vivían los organismos, llamados paleoambientes, y el proceso de fosilización. También nos proporciona información sobre las comunidades biológicas antiguas y la fisiología, comportamiento y la ecología de los organismos.

La fosilización es un proceso físico-químico que generalmente requiere tres condiciones: 1) posesión de partes duras, 2) escapar de la destrucción inmediata y 3) presencia de condiciones geoquímicas correctas en el sedimento. Primero, los organismos con partes duras como madera, huesos, dientes, conchas u otras partes mineralizadas, tienen más probabilidad de fosilizar que aquellos que solo tienen partes blandas; como medusas, gusanos o babosas. Las partes blandas, como el pelo, las plumas, la piel, los órganos internos, las flores, etc., son extremadamente raras en el registro fósil de la mayoría de los grupos de animales y plantas. La razón es los tejidos blandos se destruyen rápidamente por la descomposición microbiana después de la muerte, y solo las estructuras duras y mineralizadas sobreviven lo suficiente como para ser enterradas y preservadas. Esa es la razón principal por la cual el registro fósil está incompleto. En comparación con la abundancia de organismos de cuerpo blando presentes en los entornos modernos, pocos organismos que consistían en solo partes blandas están representados en el registro fósil. En el registro fósil abundan, por lo tanto, los organismos que presentan partes duras esqueléticas. Sin embargo, existen algunos ejemplos notables de partes blandas preservadas, incluyendo mamuts enteros preservados en permafrost siberiano, salamandras, flores, insectos, arácnidos y otros invertebrados conservados en ámbar,[1] vasos sanguíneos y células conservadas en huesos de dinosaurios,[2] bacterias en sal mineral[3] y bacterias en huesos de cráneo de dinosaurios.[4] Estos fósiles raros son casos de preservación excepcional. A pesar de este sesgo hacia las partes duras de los organismos, el registro fósil todavía se considera adecuado para estudiar la historia de la vida en la tierra.

Un segundo factor importante es que la fosilización requiere escapar de la destrucción inmediata después de la muerte. Las observaciones modernas nos dicen que solo una proporción muy pequeña de los organismos que viven en determinado entorno eventualmente se fosilizará. Como se indicó anteriormente, los animales de cuerpo blando están sujetos a la destrucción por depredación, o descomposición bacteriana, y normalmente no quedan restos después de un corto período de tiempo. Las plantas también son destruidas por los herbívoros o descompuestas por la actividad bacteriana y fúngica. La madera puede durar períodos de tiempo relativamente largos, por lo que es más probable que se fosilice. Los animales con esqueletos duros también están sujetos a la destrucción, pero sus partes duras pueden permanecer y llegar a fosilizarse. La mayoría de los organismos no se convierten en fósiles. ¿Porqué? La razón es que tanto la materia orgánica como la mineral sufren  descomposición bacteriana y daño físico. Poco después de que el organismo muere, las bacterias comienzan los procesos de descomposición al descomponer moléculas y tejidos; y las corrientes de agua y el carroñeo destruyen los restos. Pero las bacterias también pueden jugar un rol importante en el proceso opuesto: la preservación y mineralización de los restos en ciertos entornos ambientales. La actividad bacteriana juega un papel importante en la química de la calcita (CaCO3),[5] que es el componente principal de las rocas calcáreas y muchos fósiles. La actividad bacteriana también precipita dolomita (CaMgCO3), siderita (FeCO3) y fosfatos. La extraordinaria capacidad de multiplicación de las bacterias favorece la prontitud de ciertos procesos de biomineralización que evitan la destrucción de restos orgánicos. Por lo tanto, la fosilización depende de dos parámetros químicos: la descomposición, que destruye los restos de organismos, y la mineralización, que conserva un registro de su existencia. Curiosamente, la descomposición se lleva a cabo por la actividad bacteriana, que también es la causa de muchos casos de mineralización que conduce a la fosilización. 

Como se señaló anteriormente, los tejidos blandos no duran tanto como las partes duras, pero incluso con partes duras, algunos materiales duran más que otros. Por ejemplo, los dientes duran mucho más que los huesos, mientras que las conchas y la celulosa duran más que la quitina (la proteína que forma el exoesqueleto del artrópodo), aunque la celulsa es más delicada y frágil que la lignina. Un caso excepcional es la fosilización de los músculos, que es muy rara y se ha documentado en especímenes extraordinarios como los peces fósiles de la Formación Santana, en Brasil.[6]

La clave para la formación de fósiles es el entierro rápido en un medio capaz de prevenir o retrasar la descomposición completa. Los restos de organismos deben ser enterrados antes de que la descomposición y el carroñeo los destruyan por completo. La aparición de huesos, conchas y madera fosilizados indica que no solo se enterraron antes de que la destrucción completa ocurriera, sino que también cesó la descomposición y que las condiciones químicas en el sedimento fueron apropiadas para la preservación. Por lo tanto, la tercera condición para que ocurra la fosilización es la existencia de las condiciones geoquímicas correctas en el sedimento para que ocurra la remineralización. El tipo de condiciones químicas depende del entorno en el que los organismos fueron enterrados. Diferentes condiciones y ambientes pueden causar diferentes tipos de preservación, variación en la abundancia o la ausencia total de fósiles. Los animales marinos que viven en aguas poco profundas tienen más probabilidades de ser preservados, especialmente si los cubren sedimentos finos como barro o arena. Los organismos terrestres no tienen tanta probabilidad de ser preservados como los de los hábitats marinos. Los restos de faunas y floras terrestres se encuentran normalmente en depósitos lacustres, pantanosos y fluviales-aluviales porque el agua es casi absolutamente necesaria para la fosilización. El agua que fluye en el sedimento que rodea a los organismos enterrados permite que los minerales disueltos se filtren a través de los huesos, conchas, madera u otras partes duras y los reemplacen con minerales. Este proceso se conoce como permineralización. El calcio precipitará en calcita, una forma de carbonato de calcio, y el silicio precipitará en sílice; Estos son los dos minerales o cementos más abundantes que producen la mineralización de la materia orgánica. Los minerales que contienen cobre, cobalto o hierro pueden agregar color a los fósiles.

Al contrario de lo que muchas personas creen, la permineralización no requiere mucho tiempo. Dadas las condiciones geoquímicas correctas durante el entierro, la permineralización puede ocurrir rápidamente: desde unas pocas horas hasta unos pocos años, dependiendo del tamaño y la naturaleza del material original. Los científicos han hallado embriones fosilizados de equinodermos (erizos de mar), que son estructuras extremadamente delicadas. Los experimentos realizados para replicar esos embriones fosilizados muestran que la fosilización ocurrió en un lapso muy corto de tiempo.[7] Otros experimentos muestran que la mineralización de los tejidos blandos de camarones con fosfato de calcio con mediación de descomposición bacteriana puede comenzar en unos días y aumentar en 4 a 8 semanas después de la muerte, lo que posiblemente conduzca a la fosilización.[8] Este es un ejemplo de fosilización que involucra precipitación mineral que ocurre durante el proceso de descomposición causado por bacterias. El paleontólogo británico David Martill estudió en detalle la preservación de peces y otros animales en las rocas del Cretácico Inferior de la Chapada do Araripe, en el noreste de Brasil, y descubrió que se han preservado las estructuras más delicadas que se conocen en el registro fósil. Se han encontrado branquias, músculos, estómagos e incluso huevos con yemas. Estos son casos de preservación excepcional por fosfatización—mineralización por fosfato de calcio. Martill concluyó que muchos de los finos detalles preservados en esos fósiles se mineralizaron, en un lapso de tiempo de 5 horas o menos después de la muerte, y lo llamó fosilización instantánea.[9] He estudiado fósiles de ballenas en la Formación Pisco en Perú en la que la estructura de la barba (el órgano filtrante en la boca de las ballenas) ha sido parcialmente mineralizada y preservada en posición anatómica, lo cual es un caso de preservación excepcional porque la barba no es tejido óseo y no está enraizado en el maxilar. La barba tiende a desprenderse de la ballena y se descompone rápidamente después de la muerte, sin embargo, ésta, se conserva en muchos de esos especímenes fósiles en la misma posición de una ballena con vida. Se ha sugerido que las ballenas deben haber sido enterradas rápidamente, por eso las barbas se mineralizaron rápidamente llegando a preservarse.[10] En conclusión, se cree que la fosilización, al menos en la actualidad, es un proceso muy poco probable y se cree que solo una fracción muy pequeña de los organismos que vivieron en el pasado se convirtieron en fósiles. La mayoría de estos fósiles eran partes duras del esqueleto o madera. Para llegar a fosilizarse, los organismos deben ser enterrados rápidamente, preferiblemente en un sedimento fino con condiciones geoquímicas que favorezcan el intercambio de minerales entre el sedimento y los componentes orgánicos del organismo, y ese intercambio de minerales es posible debido a los minerales disueltos en el agua que fluye. Si se producen esas condiciones, la fosilización es necesariamente un proceso rápido de pocas horas o pocos meses que ocurre antes de que la descomposición destruya cualquier registro del organismo. La fosilización no lleva miles o millones de años.

CITAS Y REFERENCIAS

[1] Poinar, G. Jr., Wake, D. B. 2015. Palaeoplethodon hispaniolae gen. n., sp. n. (Amphibia: Caudata), a fossil salamander from the Caribbean. Palaeodiversity 8:21-29; Poinar, G. O. Jr., Struwe, L. 2016. An asteroid flower from neotropical mid-Tertiary amber. Nature Plants 2, article number 16005; Poinar, G. O. Jr., Brwon, A. E. 2016. An exotic insect Aethiocarenus burmanicus gen. et sp. Nov. (Aethiocarenodea ord. nov., Aethiocarenidae fam. Nov.) from mid-Cretaceous Myanmar amber. Cretaceous Research 72:100-104, doi.org/10.1016/j.cretres.2016.12.011;

[2] Schweitzer, M. H., Wittmeyer, J. L., Horner, J. R., Toporski, J. K. 2005. Soft-tissue vessels and cellular preservation in Tyrannosaurs rex. Science 307:1952-1955.

[3] Monastersky, R. 1995. Ancient Bacteria Brought Back to Life. Science News 147(20):308.

[4] Pinheiro, F. L. Horn, B. L. D. Schultz, C. L., de Andrade, J. A. F. G., Sucerquia, P. A. 2012. Fossilized bacteria in a Cretaceous pterosaur headcrest. Lethaia 45: 495-499.

[5] Anbu, P., Kang, C. H., Shin, Y. J., So, J. S. 2016. Formations of calcium carbonate minerals by bacteria and its multiple applications. SpringerPlus, 5, 250. doi:10.1186/s40064-016-1869-2.

[6] Martill, D. M. 1989. The Medusa Effect: Instantaneous fossilization. Geology Today (November-December): 201-205.

[7] Raff, Elizabeth C., Schollaert, Kaila L., Nelson, David E., Donoghue, Philip C. J., Thomas, Ceri-Wyn, Turner, F. Rudolf. Stein, Barry D., Dong, Xiping, Bengtson, Stefan, Huldtgren, Therese, Stampanoni, Marco, Chongyu, Yin, Raff, Rudolf A. 2008. Embryo fossilization is a biological process mediated by microbial biofilms. PNAS 105(49): 19360-19365, 10.1073/pnas.0810106105.

[8] Briggs, Derek E. G., Kear, Amanda J. 1993. Fossilization of Soft Tissue in the Laboratory. Science 259(5100): 1439-1442. DOI: 10.1126/science.259.5100.1439.

[9] Martill 1989.

[10] Esperante, R., Brand, L. R., Nick, Kevin E., Poma, O., Urbina, M. 2008. Exceptional occurrence of fossil baleen in shallow marine sediments of the Neogene Pisco Formation, Southern Peru. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 257(3):344-360.