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La historia de la Tierra

Los objetivos de este capítulo son:

  • Explicar los diferentes modos de conservación de los fósiles
  • Identificar el modo de conservación de las muestras

¡Todo el mundo sabe lo que es un fósil! Entonces, ¿cómo definir este término? En este laboratorio, lo definiremos como cualquier evidencia de la existencia de vida prehistórica. Lo que es difícil de definir en esta definición es lo que se entiende por prehistórico. ¿Considerarías que los cuerpos conservados en Pompeya son fósiles o qué tal los restos de un mastodonte congelado del Pleistoceno que se conservó lo suficientemente bien como para ser comido? Algunos dicen que todo lo que tiene más de 11.000 años es un fósil, pero esta parte de nuestra definición es una cuestión semántica. Un buen lugar para aprender más sobre los fósiles y la fosilización es el Atlas Digital de la Vida Antigua.

Empezamos este capítulo sobre cómo se fosilizan los organismos con un rápido ejercicio. La figura 6.1 contiene tres organismos diferentes.

Figura 6.1 – a) Gusanos, b) Algas gigantes; c) Conchas de mejillón. Crédito de la imagen: a) Soil-Net, CC BY-NC-SA; b) NPS, dominio público; c) Linnaea Mallette, dominio público.
  1. ¿Qué organismo de la figura 6.1 crees que tiene más posibilidades de convertirse en fósil y por qué?

  2. ¿Qué organismo crees que tiene más posibilidades de dejar un rastro fósil? ____________________

6.2 Tipos de conservación

Los fósiles se conservan por tres métodos principales: partes blandas o duras inalteradas, partes duras alteradas y rastros fósiles. Ya aprendiste sobre los fósiles traza en el capítulo 4. La tafonomía es la ciencia de cómo los organismos se descomponen y se convierten en fósiles, o la transición de la biosfera a la litosfera.

Los fósiles inalterados son increíblemente raros, excepto cuando se capturan en ámbar, quedan atrapados en alquitrán, se secan o se congelan como un mamut lanudo preservado. El ámbar es la resina arbórea fosilizada que puede atrapar flores, gusanos, insectos, así como pequeños anfibios y mamíferos. El padre de uno de los autores formaba parte de una operación de dragado en una mina de oro que desenterró una cría de mamut lanudo (apodada Effie) en Alaska; se trataba de los primeros restos momificados de mamut descubiertos en Norteamérica. A pesar de que fue enterrado hace unos 21.300 años, todavía está formado por tejido y pelo. A veces, sólo quedan residuos orgánicos que se detectan mediante técnicas bioquímicas moleculares. Los fósiles más antiguos de la Tierra sólo se conservan en forma de moléculas orgánicas complejas.

El tejido blando es difícil de conservar, ya que necesita haber sido enterrado en un entorno sedimentario libre de oxígeno y de baja energía, donde no pueda producirse la descomposición bacteriana. Dado que estas condiciones son poco comunes, la preservación de los tejidos blandos rara vez ocurre. En cambio, los ejemplos más comunes de fósiles inalterados son el material esquelético que se ha conservado con pocos o ningún cambio. Muchos fósiles de invertebrados marinos y microfósiles se conservaron de esta manera. En la actualidad, los paleontólogos están observando más de cerca los fósiles y empiezan a reconocer que las finas capas de carbono en la roca que rodea a los fósiles son tejidos blandos. Recientemente, un equipo dirigido por Mark Norell, paleontólogo del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York, identificó una capa de carbono alrededor de embriones de dinosaurios formados hace más de 200 millones de años que creen que era una cáscara de huevo blando.

Los fósiles no alterados contienen minerales que fueron producidos biológicamente; entre ellos se encuentran la apatita (en huesos y dientes y raramente en exoesqueletos, dureza = 5), la calcita (carbonato de calcio que se encuentra en muchos organismos como las conchas, dureza = 3, se evapora en el ácido), el aragonito (similar a la calcita, pero un polimorfo inestable) y el ópalo (un tipo de sílice que se encuentra en animales y plantas marinas, dureza = 7). Las partes duras (exoesqueleto) de algunos insectos y artrópodos están hechas de quitina, un polisacárido relacionado con la celulosa. Por lo tanto, si se pueden identificar los minerales presentes en un fósil, se puede distinguir si se trata de material original o alterado.

La alteración de las partes duras es mucho más común en los fósiles y ocurre cuando el material esquelético original es permineralizado, recristalizado, reemplazado, carbonizado o disuelto (Tabla 6.1).

Tabla 6.1 – Tipos comunes de preservación de fósiles
Tipo de preservación Ejemplo
La permineralización ocurre en tejidos porosos como el hueso y la madera. En este tipo de conservación, los minerales disueltos en el agua, como el cuarzo, la calcita o la pirita, penetran en el espacio poroso y se cristalizan. La adición de estos minerales da lugar a fósiles más densos y duraderos. El material óseo o de madera original puede conservarse, o puede ser sustituido o recristalizado
Figura 6.2 – Madera petrificada del Parque Nacional del Bosque Petrificado, AZ. Crédito de la imagen: Jon Sullivan, dominio público.
La recristalización implica un cambio en la estructura cristalina, pero no un cambio en la química mineral, similar a la recristalización en las rocas metamórficas. Por ejemplo, el mineral aragonito, un mineral común de muchas conchas, a veces cambia a calcita, una forma más estable geológicamente de la misma composición química, CaCO3 (también conocido como polimorfo). Normalmente, el tamaño y la forma generales de un fósil recristalizado no varían sustancialmente con respecto al espécimen original inalterado, pero pueden perderse los detalles más finos.
Figura 6.3 – Coral recristalizado de la era silúrica de Ohio. Crédito de la imagen: James St. John, CC BY.
El reemplazo es la sustitución del material esquelético original por un mineral secundario. Por ejemplo, la calcita de una concha de ostra puede ser sustituida molécula a molécula por sílice. Sorprendentemente, el fósil sustituido puede conservar algunos de los finos detalles celulares presentes en el original aunque su composición haya cambiado. En este tipo de fosilización, el espacio de los poros no se llena y los fósiles no son tan densos. Los minerales de sustitución más comunes son la sílice (cuarzo), la pirita, la dolomita y la hematita. El reemplazo por pirita crea algunos fósiles espectaculares, especialmente los alojados en pizarras negras
Figura 6.4 – Fósiles del Permain Medio reemplazados por sílice de la Formación Road Canyon en Texas. Crédito de la imagen: usuario de Wikimedia Wilson44691, CC BY-SA.
La carbonización es un tipo de preservación de fósiles en el que el organismo se conserva como una fina película residual de carbono en lugar de la materia orgánica original. Las hojas, los peces y los graptolitos suelen conservarse de este modo. La compresión del organismo original da lugar a finas capas de carbono. La carbonización también puede dar lugar a la formación de carbón.
Figura 6.5 – Carbonización de graptolitos de edad silúrica de Polonia. Crédito de la imagen: James St. John, CC BY.
Los moldes y calcos se forman cuando el material esquelético original se disuelve. El organismo deja una impresión en el sedimento, llamada molde, y si esa impresión se llena de nuevo sedimento, se crea un molde. Los vaciados se hacen a partir de moldes.
Figura 6.6 – Un molde (izquierda) y un vaciado (derecha) de un fósil de trilobite. Crédito de la imagen: Roger Wellner.
Los moldes internos se forman cuando el sedimento llena el interior de una concha antes de disolverse; esto ocurre en el interior de bivalvos, caracoles o cráneos. A menudo, la gente confunde los yesos y los moldes internos porque ambos tienen relieve positivo. Los moldes internos conservan un molde tridimensional del interior del organismo, mientras que un molde va a conservar la estructura de la parte más externa del organismo.
Figura 6.7 – Disolución de un gasterópodo que ha dejado un molde interno del organismo. Crédito de la imagen: James St. John, CC BY.

Los rastros fósiles, de los que hablamos en el capítulo 4, no son realmente fósiles, sino la evidencia de que los organismos afectaron al sedimento excavando, caminando o incluso dejando excrementos o vómitos. No es broma, hay caca fósil; este tipo de fósil traza se llama «coprolito», de la palabra griega kopros, que significa estiércol. Un último tipo raro de fósil traza son los gastrolitos, piedras pulidas extremadamente lisas que ayudaban a la digestión en animales y fósiles como los dinosaurios y los cocodrilos. Están más pulidos que las gravas desgastadas por la corriente.

Figura 6.8 – Diferentes partes de los organismos comparadas con la forma en que pueden conservarse como fósiles. Los círculos verdes son tipos comunes de fosilización, los círculos verdes claros y punteados son menos comunes, y los círculos verdes claros son formas poco comunes o raras. Este gráfico se ha modificado a partir de Ritter y Peterson (2015).
Figura 6.9 – Tipos de fosilización, incluyendo la alteración y sustitución de la concha original. Siga las flechas de un cuadro a otro para ver cómo los diferentes procesos pueden dar lugar a moldes y calcos. El color marrón es una roca sedimentaria. El patrón aleatorio representa carbonato recristalizado y el patrón punteado representa minerales secundarios como sílice o pirita. Crédito de la imagen: Concha mostrando las líneas de crecimiento y la estructura interna adaptada de Casella et al., 2017 y procesos de fosilización adaptados de Ritter y Peterson (2015).

Este modelo muestra una concha fósil conservada a la derecha (no es un molde, es original) y un molde externo a la izquierda del cefalópodo ammonoide Gunnarites sp. de la Formación López de Bertodano del Cretácico de la Isla Snow Hill, Antártida. El espécimen fósil procede de las colecciones de la Paleontological Research Institution, Ithaca, Nueva York. El diámetro del espécimen (sin incluir la roca circundante) es de aproximadamente 9 cm.

Cefalópodo: Gunnarites sp. (PRI 61543)
por Digital Atlas of Ancient Life
en Sketchfab

Este es un ejemplo de molde interno (1) y externo (2) del gasterópodo Cassidaria mirabilis del Cretácico de la isla de Snow Hill, Antártida. El espécimen procede de las colecciones de la Paleontological Research Institution, Ithaca, Nueva York, y tiene aproximadamente 6 cm de longitud (sin incluir la roca circundante).

Gastrópodo: Cassidaria mirabilis (PRI 58468)
por Digital Atlas of Ancient Life
en Sketchfab

Se pueden encontrar más modelos 3D sobre la conservación de fósiles en Digital Atlas of Ancient Life.

Si alguna vez un amigo te pide ayuda para identificar un fósil, ten cuidado con los pseudofósiles, accidentes de la diagénesis que parecen un fósil pero que no son más que extrañas formaciones sedimentarias como los nódulos de septario que se confunden con piel de reptil o caparazón de tortuga, las concreciones se confunden con huevos y las dendritas de óxido de manganeso que se confunden con helechos o musgo.

6.3 Manipulación de fósiles

Si está realizando este laboratorio cuando la enseñanza es presencial en un entorno de laboratorio, podrá manipular tanto especímenes reales como réplicas de fósiles. Aunque estos pueden haber existido durante millones o miles de millones de años y parece que ahora son rocas, deben ser tratados con respeto. Algunos de los fósiles que puede manejar pueden ser el único espécimen de su tipo en la colección.

Si se ha preguntado cómo empezar su propia colección de fósiles, puede ir a buscar los suyos o comprarlos. El precio de los fósiles a la venta oscila entre lo barato y lo escandalosamente caro. En 2020, un coleccionista anónimo compró un tiranosaurio rex fósil, apodado Stan, por 31,85 millones de dólares. Este ejemplar solo tenía 188 huesos y era uno de los más completos de su especie. También se pueden encontrar fósiles baratos, como caracoles fosilizados de Marruecos por sólo 0,30 dólares cada uno.

Algunos fósiles son extremadamente frágiles. Algunas muestras delicadas se preparan mediante la abrasión por aire con polvos de talco para eliminar la matriz. En el caso de algunos especímenes de trilobites, esto lleva miles de horas para exponer sus delicados rasgos.

Algunos fósiles que utilizará pueden ser fáciles de reemplazar y otros imposibles. Otros pueden formar parte de la colección personal de un miembro de la facultad. Sólo manipule los especímenes que su TA le diga que puede hacerlo.

Los fósiles sólo estarán disponibles para que los examine durante la sesión de laboratorio. Durante la reciente pandemia, muchos ejemplos similares se recogen como imágenes web a las que su TA le dará un enlace.

Es libre de hacer bocetos o fotografiar los especímenes. Si lo hace, puede poner una escala en la imagen, como una moneda o una regla. Esto te ayudará a recordar el tamaño del objeto.

Algunos de los especímenes tendrán etiquetas o números escritos y otros no, ya que pueden ser demasiado frágiles para ser escritos. Es crucial que vuelva a colocar cada espécimen en su caja o ubicación adecuada en una bandeja de laboratorio. Además, no muevas ninguna de las etiquetas de papel de las cajas. Esto evitará la confusión de otros estudiantes de laboratorio.

Algunos de los especímenes más grandes pueden ser pesados, especialmente los que son moldes llenos de sedimento. Nunca intente rayar los especímenes para comprobar su dureza. Además, nunca use ácido como prueba de minerales.

Por último, si rompe o roba un espécimen, se le cobrará por su reemplazo.

Inspeccione el primer conjunto de muestras y llene la tabla con información sobre la presencia de material biológico original, el relieve positivo y negativo, y la composición mineral de las muestras. Identifique el modo de conservación de los fósiles. Utilice el diagrama de flujo de la Figura 6.10 como ayuda.

Figura 6.10 – Diagrama de flujo para identificar el tipo de preservación de los fósiles. Crédito de la imagen: Carlos Andrade.
Tabla 6.1 – Hoja de trabajo para el ejercicio 6.2
Muestra ¿Material original presente? Alivio* Composición mineral* Tipo de conservación

*Tenga en cuenta que es posible que no vea el relieve ni pueda identificar el mineral. Déjelos en blanco si es necesario.

Pensamiento crítico: ¿Por qué el reemplazo es el modo de conservación más común?

La forma en que un organismo puede fosilizarse depende de muchas cosas. A continuación hay algunos ejemplos para pensar.

  1. Examine un molde externo en su colección de fósiles. Estos comúnmente conservan detalles como las venas de las hojas o las escamas de los peces.
    1. ¿Cuál es el tamaño del grano de la roca circundante? ____________________
    2. ¿Crees que estas impresiones podrían conservarse en sedimentos de grano grueso?

  2. Mira algunos ejemplos de carbonización. En ellos, la materia oscura es el remanente de carbono orgánico que nunca fue oxidado (descompuesto). ¿Bajo qué condiciones podría ocurrir este tipo de preservación?

  3. Tu colección de fósiles puede tener graptolitos; un organismo planctónico y colonial extinto que segregaba una cáscara orgánica de quitina similar a la celulosa. Estas colonias suelen conservarse como impresiones bidimensionales, casi siempre negras (lo que indica la carbonización de la quitina).
    1. ¿Qué tipo de rocas son las más adecuadas para encontrar graptolitos?

    2. ¿Cuáles fueron las condiciones de enterramiento?

  4. Algunos huesos y dientes pueden conservarse, como los huesos inalterados o los dientes de tiburón.
    1. ¿Cómo distinguirías éstos de los huesos fósiles permineralizados?

    2. ¿Puede la madera permineralizada rayar el vidrio?

  5. Considere ahora la amplia gama de ambientes sedimentarios.
    1. ¿Qué ambientes sedimentarios no son adecuados para preservar fósiles?

    2. ¿Qué ambientes sedimentarios son buenos para preservar fósiles?

    3. ¿Qué ambientes deposicionales dentro de los ambientes continentales y marinos son mejores para preservar fósiles? Explique.

    4. ¿Pueden las erupciones volcánicas conservar los fósiles? Explique.

    5. ¿Cómo puede afectar la energía del medio sedimentario a la conservación de los fósiles?

    6. ¿Se pueden encontrar fósiles en rocas metamórficas? Si es así, ¿qué factores ayudan a su conservación?

  6. Pensamiento crítico: En este ejercicio de laboratorio hay más fósiles de invertebrados que de vertebrados. Explique por qué es así.

Durante el Pérmico, hace 299 a 252 millones de años, un extenso sistema de arrecifes creció en el oeste de Texas en el borde de una pequeña cuenca marina interior que se extendía sobre 26.000 km² (10.000 millas cuadradas). Ahora se denomina cuenca de Delaware y alberga un importante yacimiento petrolífero (Figura 6.11). Este arrecife está ahora expuesto en tres cordilleras: Apache, Guadalupe y Glass Mountains. En otros lugares, el arrecife está ahora enterrado alrededor de todo el borde de la cuenca.

Figura 6.11 – Mapa del arrecife pérmico expuesto y no expuesto que rodeaba la cuenca de Delaware, un mar interior. Crédito de la imagen: Adaptado por Virginia Sisson del Servicio de Parques Nacionales.

A diferencia de los arrecifes de coral modernos, como la Gran Barrera de Coral de Australia o los arrecifes de la costa de Florida y Belice, estaba construido con esponjas, algas y animales encajados llamados briozoos. Una magnífica exposición de este arrecife es El Capitán, en el Parque Nacional de las Montañas de Guadalupe. El arrecife se subdivide en tres partes: arrecife trasero, arrecife y arrecife delantero. Cada una de ellas tiene su propio ecosistema, así como su litología y conservación. La parte profunda de esta cuenca alcanzó profundidades de casi 800 metros (½ milla) y es donde se depositó mucha materia orgánica dejando pizarras negras – la fuente del petróleo.

Figura 6.12 – Sección transversal esquemática a través de un arrecife que muestra el arrecife trasero, el arrecife y el arrecife delantero, así como la cuenca marina. Crédito de la imagen: Adaptada por Virginia Sisson del Sistema de Parques Nacionales.

El mar interior de Delaware tenía una estrecha salida al océano Panthalassan muy parecida a la del Mar Negro actual. Después de ~30 millones de años, la entrada se restringió y la cuenca comenzó a secarse formando extensos depósitos de evaporita (Formaciones Castilla y Salado). Esto creó salmueras ácidas supersaturadas que empezaron a disolver el arrecife carbonatado subyacente, formando extensas cuevas y karst que ahora se pueden visitar en el Parque Nacional de las Cavernas de Carlsbad y en la Cueva de Lechuguilla, la octava cueva explorada más larga del mundo, con unos 220 km de longitud. Estas salmueras también disolvieron las esponjas ricas en sílice que formaron el arrecife y afectaron a la preservación de los fósiles en partes de este sistema arrecifal del Pérmico.

La estratigrafía de esta cuenca es complicada ya que no sólo varía con el tiempo sino con la posición en el arrecife. Según un reciente análisis estratigráfico secuencial, en esta cuenca hubo hasta seis secuencias transgresivas a regresivas (Kerans y Kempter, 2002). La figura 6.13 ofrece una estratigrafía simplificada para la cuenca durante el Pérmico.

Figura 6.13 – Estratigrafía simplificada para la cuenca de Delaware. Crédito de la imagen: Simplificada por Virginia Sisson a partir de Kerans y Kempter (2002).

Los fósiles de la Formación Capitán de las Montañas del Vidrio se conservan de forma única (véase la Figura 6.4). Los paleontólogos descubrieron que es fácil disolver el carbonato que los alberga en un ácido débil y dejar especímenes espectaculares.

Figura 6.14 – Fósiles de la Formación Capitán de las Montañas de Cristal. a) texto aquí; b) texto aquí; c) texto aquí; d) texto aquí. Crédito de la imagen: a) usuario de Wikimedia Wilson44691, CC0 Dominio Público; b) texto aquí; c) usuario de Wikimedia Wilson44691, CC0 Dominio Público; d) texto aquí
  1. El mineral de estos fósiles es más duro que el vidrio y no efervesce al no ser ya un carbonato. A veces este mineral es sólo un recubrimiento y otras veces todo el fósil es este nuevo mineral.
    1. ¿Qué es el mineral? ____________________
    2. ¿Cuál es el modo de conservación de estos fósiles? ____________________
    3. ¿Hubo fluidos involucrados en su preservación? Si es así, ¿cuál era su composición?

    4. ¿Por qué cree que este tipo de preservación se encuentra en esta unidad estratigráfica?

    5. ¿En qué parte del arrecife se encontraron estos fósiles? ¿Arrecife posterior, arrecife, arrecife anterior o cuenca? ____________________
  2. En otra parte de la Formación Skinner Ranch de las Montañas del Vidrio, los fósiles incluyen este asombroso verticilo de dientes de sierra de una criatura extinta parecida a un tiburón conocida como Helicoprion.
    1. ¿En qué tipo de sedimento se encuentra este fósil? ____________________
    2. ¿Cuál es el modo de conservación de este fósil? ____________________
    3. ¿En qué parte del arrecife vivía Helicoprion? ¿Arrecife trasero, arrecife, arrecife delantero o cuenca? ____________________
  3. En las Montañas de Guadalupe, se pueden encontrar gruesas capas de carbonato con muchos fósiles como estos:
    1. ¿Cuál es el mineral? ____________________
    2. ¿Cuál es el modo de conservación de estos fósiles? ____________________
    3. ¿Hubo fluidos involucrados en su preservación? Si es así, ¿cuál era su composición?

    4. ¿Por qué cree que este tipo de preservación se encuentra en esta unidad estratigráfica?

    5. ¿En qué parte del arrecife se encontraron estos fósiles? ¿Arrecife posterior, arrecife, arrecife anterior o cuenca? ____________________
  4. Pensamiento crítico: Resuma sus observaciones sobre los modos de preservación en diferentes partes del sistema arrecifal del Pérmico. ¿Puede explicar por qué la preservación es igual o diferente alrededor del antiguo arrecife?

Casella, L.A., Griesshaber, E., Yin, X., Ziegler, A., Mavromatis, V., Müller, D., Ritter, A.-C., Hippler, D., HarperE.M/, Dietzel, M., Immenhauser, A., Schöne, B.R., Angiolini, L., y Schmahl, W.W., 2017, Biogeosciences, 14, 1461-1492, doi:10.5194/bg-14-1461-2017.

Kerans, C., y Kempter, K., 2002, Hierarchical stratigraphic analysis of a carbonate platform, Permian of the Guadalupe Mountains: The University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology (American Association of Petroleum Geologists/Datapages Discovery Series No. 5), CD-ROM.

Norell, M.A., Weimann, J., Fabbri, M., Yu, C., Marsicano, C.A., Moore-Nall, A., Varricchio, D.J., Pol, D., y Zelinitsky, D.A., 2020, The first dinosaur egg was soft. Nature, 583, 406-410, Publicado en línea el 17 de junio de 2020. doi: 10.1038/s41586-020-2412-8

Ritter, S., y Peterson, M., 2015, Interpreting Earth History: Un manual de geología histórica, octava edición, Waveland Press Inc, 291 pp.

un animal que carece de columna vertebral, como una almeja o un gusano

un animal con columna vertebral, como un perro o un gato

un período geológico que abarca 47 millones de años al final de la era Paleozoica, desde el final del período Carbonífero (298.9 Ma) hasta el inicio de la era Mesozoica con el período Triásico (251,902 Ma)

organismos multicelulares con cuerpos llenos de poros que permiten que el agua circule por ellos. Están hechos de colágeno y algunos tienen espículas ricas en sílice.

un tipo de animales invertebrados acuáticos. Son filtradores que extraen las partículas de alimento del agua utilizando tentáculos.

un superocéano que rodeaba todo el supercontinente Pangea

un tipo de sedimento que consiste en minerales solubles en agua depositados tras la concentración y cristalización por evaporación de una solución acuosa

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