La corteza de nuestro planeta es un inmenso archivo donde puede descubrirse prácticamente toda su historia estudiando las rocas. Y asomarse a la increíble trayectoria de la evolución de la vida mediante el estudio de los restos fósiles que, desde hace relativamente muy poco tiempo (poco más de dos siglos), se han descubierto, catalogado y estudiado en profundidad.
Los paleontólogos, profesionales encargados del estudio de los fósiles, investigan los fósiles mediante diversas formas y técnicas, tratando de descifrar no solo la anatomía de los organismos que los conforman, sino también su forma de vida. La paleontología es una ciencia interdisciplinar que combina conocimientos de biología, geología y química para entender cómo y dónde vivieron los organismos que se preservaron.
La definición de fósiles fue variando a lo largo del tiempo; sin embargo, la definición aceptada actualmente afirma que un fósil es todo resto, vestigio, huella o cualquier indicio de la existencia de organismos (bacterias, hongos, vegetales o animales) conservado a través del tiempo geológico. Una escala de tiempo que representa, al menos, decenas de miles de años, y por lo general mucho más.
Fósil de planta perfectamente conservada. Fuente: Wikimedia.
Son varias las condiciones biológicas y geológicas que deben cumplirse para que un organismo pueda fosilizarse y preservarse a lo largo del tiempo. Recordemos que el registro fósil solo representa una pequeñísima parte de toda la variedad de vida que existió en el planeta, por lo que un organismo que haya logrado fosilizarse es realmente una excepción.
Condiciones para la fosilización
Uno de los factores biológicos principales que debe cumplirse es la naturaleza del organismo. Es decir, su constitución. Tienen mayor probabilidad de fosilizarse aquellos organismos que poseen partes duras que los que tienen partes blandas, o están constituidos enteramente por ellas, ya que las partes blandas se descomponen fácilmente cuando el organismo muere.
En primer lugar, es muy extraño que un organismo se haya fosilizado de forma completa. Mayormente solo se fosilizan las partes duras del organismo como los huesos, formados químicamente por apatita (fosfato de calcio, Ca³(PO4)²); las conchillas formadas por calcita o aragonita (carbonato de calcio, CaCo³); los caparazones de insectos formados por queratina, o la celulosa y lignina en las plantas formadas por carbono, oxígeno e hidrógeno.
La mayor posibilidad de conservar las partes duras o estructuras esqueletales radica en su estructura y composición. Los materiales inorgánicos como la aragonita o la calcita se encuentran intercalados con otras estructuras orgánicas, mayormente proteínas y polisacáridos (hidratos de carbono formados mediante la unión de varias moléculas de glucosa). Un ejemplo de esto son las valvas de varios moluscos, que están formadas por tres capas principales. Una, la más externa, en contacto con el medio ambiente (llamado periostraco). Está compuesta por sustancias orgánicas: proteínas y varios polisacáridos (poliazúcares). Otra, la capa intermedia, que consiste en un arreglo columnar de cristales de calcita. Y, finalmente, en la parte más interna y en contacto con el organismo, se encuentra la última capa que está formada por nácar, un arreglo de cristales de aragonita (en forma de tablas) cubierto por una sustancia orgánica llamada conquiolina (proteínas complejas). Al morir un organismo, las partes orgánicas que conforman el esqueleto, en este caso la conquilona, se descompone dejando pequeños espacios o agujeros que más tarde son rellenados por ciertas sustancias en disolución que rodean al organismo.
Otro factor biológico importante es la forma de vida del organismo, ya que determina en mayor o menor medida la posibilidad de su fosilización. Por ejemplo: los animales con hábitos cavadores tienen mayor probabilidad de conservarse que aquellos que no lo son. Lo mismo ocurre con aquellos organismos que viven en colonias en comparación con los que tienen hábitos solitarios.
Asimismo, los organismos marinos tienen mayor probabilidad de resultar fosilizados respecto de aquellos que viven en los continentes, ya que el agua es un factor esencial para el reemplazo de las sustancias orgánicas por sales minerales que se encuentran disueltas al momento del soterramiento.
Existen, además, factores geológicos determinantes en la producción de la fosilización. Para que esta se produzca eficientemente, es necesario que el organismo recientemente muerto reciba una sepultura rápida para que el cadáver quede aislado de ataques biológicos o atmosféricos que puedan descomponerlo. Además, el tipo de material con el que el organismo es sepultado es de suma importancia. Los que son cubiertos por materiales finos como arcilla o fango tienen más chance de convertirse en fósiles.
Procesos de fosilización
Hasta ahora hemos mencionado cuáles son las condiciones necesarias para que un organismo tenga, en mayor o menor medida, probabilidad de fosilizarse; pero lo más interesante son los variados procesos físicoquímicos que pueden actuar a posteriori para lograr dicha preservación.
Insecto preservado en ámbar. Fuente: Wikimedia.
Existen procesos que permiten la conservación de la materia original casi sin sufrir modificaciones. Un ejemplo de esto es el caso de la momificación por preservación en ámbar, un material duro a menudo considerado como una piedra que corresponde a la resina producida por algunas variedades de árboles, y posteriormente endurecida por un prolongado enterramiento profundo. En el ámbar, a veces es posible encontrar pequeños organismos que quedaron atrapados mientras la resina se endurecía, como por ejemplo, pequeños insectos como mosquitos o abejas incrustados y perfectamente preservados, inclusive escorpiones y hasta pequeñas ranitas.
Otro ejemplo de momificación es el de muchas conchillas compuestas por calcita o aragonita, y que se han preservado sin sufrir alteraciones en su posición original. Como así también ciertas estructuras formadas por sílice, como las espículas de esponjas marinas.
También existen muchos procesos donde no se preservan los materiales originales (los más comunes). Un ejemplo es el proceso de recristalización que implica que la misma sustancia química se disuelva y luego precipite como otro polimorfo mineral: minerales con idéntica composición química pero distinta estructura cristalina. Un ejemplo de polimorfismo mineral ocurre con el carbonato de calcio, CaCO3, que posee dos minerales con la misma fórmula química, pero con diferente estructura cristalina (forma en la que se ordenan los átomos, moléculas, o iones en un cristal). Ellos son la calcita con una estructura cristalina hexagonal y la aragonita, que posee una estructura ortorrómbica.
Estas variaciones en estructuras suelen darse debido a que las características finales de los minerales están determinadas termodinámicamente por las condiciones de presión y temperatura del medio. Por ejemplo, conchillas formadas por aragonita (CaCO3 con estructura ortorrómbica) al disolverse, precipita como su polimorfo la calcita (CaCO3 con estructura hexagonal), sustancia de la misma fórmula química, pero con una estructura más estable en las condiciones de presión y temperatura de la superficie.
Existe otro proceso de fosilización donde se produce efectivamente el reemplazo de una sustancia por otra, conocido como reemplazo. Por ejemplo, la carbonatación consiste particularmente en el reemplazo de la materia original por sales de carbono, principalmente por calcita o aragonita, o también por dolomita (carbonato de calcio y magnesio (Ca, Mg)CO3,) o siderita (carbonato de hierro(II), FeCO3). Lo llamativo de esto es que el carbonato de calcio es soluble en aguas frías e insoluble en aguas cálidas, por lo que allí precipita. Es por ello que es común encontrar en mares cálidos de salinidad normal, fósiles de valvas de moluscos con alta concentración de carbonato de calcio en forma de aragonita, y en mares con gran concentración de sales (hipersalinos), fósiles de valvas con mayor concentración carbonato de calcio en forma de calcita.
También suceden casos de reemplazos con compuestos de sílice, que es el óxido de silicio, SiO2 (silicificación) con minerales como la pirita, que es un sulfuro de hierro(II) (piritización), o con la limonita, que es oxi-hi dróxido de hierro(III) (limonitización), y con las sales de fósforo (fosfatación).
La sílice es comúnmente encontrada como reemplazo en restos de plantas o animales. Durante el proceso de silicificación se produce el reemplazo de la materia original por sílice, SiO2. La sílice posee, al igual que el carbonato de calcio, varios polimorfos que son estables a diferentes condiciones de presión y temperatura del medio. Ejemplo de alguno de ellos son el cuarzo alfa, estable a temperaturas de la superficie terrestre; la tridimita, estable entre los rangos de 870 a 1470 °C y la cristobalita, estable entre los 1470 y los 1710 °C. Además, existen variedades amorfas (no poseen una estructura cristalina ordenada) como el ópalo o la calcedonia que son las variedades más comúnmente encontradas en los reemplazos.
Fósiles de troncos petrificados en el Parque Nacional Bosques Petrificados de la Patagonia argentina.
Otro de estos procesos es la piritización. Durante este proceso los restos son reemplazados por el mineral pirita, FeS2. Para que se produzca este reemplazo es necesario la existencia de un ambiente con poca cantidad de oxígeno, es decir un ambiente reductor y un medio alcalino. Ejemplos de estos ambientes son los fondos marinos o los pantanos en los que está presente la materia orgánica descomponiéndose, desprendiendo en dicha descomposición ácido sulfhídrico (H2S), que reacciona con las sales solubles que contienen hierro(II) presentes en el agua, formando de esta manera la pirita (FeS2), que reemplaza a la materia original. En el caso que el medio se acidifique, es decir, que el pH se torne muy bajo, la pirita se transforma en marcasita, su polimorfo ortorrómbico. Otra variación que genera el cambio de la pirita es cuando el ambiente se vuelve oxidante y allí el hierro(II) se oxida a hierro(III) y la pirita se convierte a limonita, FeO(OH), un oxi-hidróxido de hierro(III).
Ammonite piritizado.
Otro proceso es el de limonitización. Durante este proceso el reemplazo se efectúa por el mineral limonita, FeO(OH). Este mineral puede generarse en un ambiente con mucha presencia de oxígeno, es decir oxidante, o por la alteración de la pirita.
Otro de estos procesos es el denominado fosfatación, que se da cuando el material original es reemplazado por el mineral llamado apatita, una sal de fósforo. En Francia, existe un yacimiento de fósiles de ranas reemplazadas completamente por este mineral y es el proceso más común de fosilización en los dientes o huesos de animales.
Polimorfo de sulfuro de hierro Marcasita.
Fósiles de tiburón.
Gracias a la conjunción de estos factores, tanto biológicos como ambientales, y a la existencia de estos procesos físicoquímicos, es posible conocer la historia de la vida en la Tierra.
Fuentes:
Sánchez, Teresa M. La historia de la vida en pocas palabras (2013). Editorial Universidad Nacional de Córdoba, 1ra ed.
