¿Una nueva herramienta para la Paleontología?

ARTÍCULO: Maggie Cusack (2016) Biomineral electron backscatter difraction for Paleontology. (Paleontology, Vol.59, Part 2, 2016, pp.171-179).

Una de las preguntas más comunes a la hora de estudiar un fósil cualquiera es; ¿Cuál pudo ser el mineral original que ahora constituye dicho fósil?, es decir, en cierto modo, cuando estudiamos un fósil nos preguntamos cómo sería la concha que arrastraba un cierto Bivalvo o Gasterópodo, cómo sería la estructura mineral de dicha concha, etc.

Pues bien, hoy en día existen técnicas bastante comunes basadas en la difracción de electrones de retrodispersión (también llamadas EBSD) que consisten en lanzar un haz de electrones contra una lámina pulida de un cierto material rígido, y analizar el espectro de electrones difractados y así poder reconocer dicho material. Sin embargo esta técnica es empleada para el estudio de ciertos materiales metálicos, pero hace relativamente poco tiempo, también se ha expandido al área del estudio paleontológico con el fin de investigar los minerales de origen orgánico (principalmente calcita) y aportando información sobre la estructura mineral de los fósiles, y así comprender el control biológico de la producción mineral, el proceso de formación y el ambiente en el que se formó.

Esta técnica es tan completa, que incluso para aquellos fósiles que no presenten equivalente actuales, (se extinguieron y en la actualidad no hay ningún individuo vivo semejante a él) nos va a proporcionar información de los mecanismos funcionales, como por ejemplo sobre la visión de los Trilobites. Es por todos estos motivos, y por todos estos usos a los que el EBSD puede ser aplicado, por lo que se está convirtiendo en una valiosa herramienta de la Paleontología.

Fig.1. Aparato empleado en difracción de electrones retrodispersivos.

Lo primero que hay que destacar es, que los sistemas vivos producen estructuras minerales con múltiples funciones como la protección de los  tejidos más blandos, la formación de cámaras embrionarias, para la locomoción, entre otras muchas funciones. Y que por tanto, estas estructuras de mayor dureza se van a conservar más que los tejidos blandos y por lo tanto van a ser más comunes en el registro fósil, y es por esto por lo que esta técnica se va a centrar en su estudio.

Sin embargo, no es esta la única técnica que se emplea para estudiar biominerales, sino que existe una amplia gama que nos van a proporcionar informaciones diferentes:

• Difracción de rayos X ; para la identificación de biominerales.
• Estudio de isótopos estables de 18O; para calcular la temperatura del agua en el momento en el que habitaba el organismo.
• Tomografía de rayos X; para reconocer estructuras en tres dimensiones de los biominerales.

La formación de estos biominerales presenta un control biológico, como hemos dicho anteriormente, es decir, la mineralización inducida biológicamente requiere la nucleación por una capa orgánica cargada de polisacáridos, de manera semejante a como se produce la formación de los estromatolitos por precipitación de carbonato cálcico inducido por las cianobacterias.

De este modo, las diferencias que existen entre los biominerales y sus homólogos no orgánicos van a estar bien establecidas, pues gracias a la asociación a los minerales de compuestos orgánicos, y la alineación cristalográfica controlada, va a permitir que los biominerales sean más ligeros y resistentes a la propagación de grietas que sus homólogos inorgánicos.

Esta técnica de difracción de electrones de retrodispersión (EBSD) ha sido aplicada para el estudio de Braquiópodos, Moluscos, Corales, Equinodermos, mandíbulas de Artrópodos, ojos de Trilobites, etc

En el caso de los Braquiópodos; se pudo llegar a hacer una separación de la concha entre las fibras minerales internas (o secundarias) que se forman en equilibrio isotópico con las aguas y la temperatura del mar, y que se puede deducir por el registro de 18O de la calcita, y las fibras minerales externas (o primarias) que al estar mucho más expuestas a la luz, nos proporciona una temperatura errónea (más alta) del mar primitivo.

También, otro descubrimiento mediante esta técnica que se realizó estudiando los Braquiópodos, fue que el género de los Trimelleridos que tenían una mala conservación de la estructura mineral en comparación con otros Braquiópodos, por lo que se sugirió que el mineral original había sido aragonito, pero que éste a través del tiempo geológico tiende a  disolverse, y posteriormente reprecipitar en calcita, y es por este motivo por el que se había producido una mala conservación.

Fig.2. Imágenes de difracción de electrones de retrodispersión de las fibras cristalinas internas de Terebratulina retusa, que es un Braquiópodo Trimellerido. En una de las cuales se puede observar numerosos colores, que cada uno de ellos representa a un cristal, que todos están más o menos orientados según el eje C.

En el caso de los Moluscos; debido a su gran abundancia en el registro fósil, estas técnicas se han centrado mucho en su estudio, y uno de los logros que se ha conseguido es entender estructuralmente los rellenos de aberturas y grietas que pueden producirse en las conchas de estos animales y tener una perspectiva sobre estos mecanismos de reparación natural.


Por último, otro caso a destacar, es el estudio de la visión de los Trilobites, lo cual a resultado más complicado ya que estos animales del Paleozoico no presentan equivalente moderno. Pero sin embargo, tu seguro te preguntarás el porqué estudiar tejidos blandos, como son los ojos, si en teoría no habrían permanecido en el registro fósil. Pues bien, resulta que los ojos de los Trolobites estaban formados en parte por calcita, y que estos biocristales de calcita estaba dispuestos de forma concéntrica en torno a un eje formando una lente biconvexa, y de forma compuesta, como en el caso de insectos actuales como las moscas o las libélulas.

Fig.3. Disposición radial concéntrica de los biocristales de calcita en el ojo de un Trilobites, dando lugar a la lente biconvexa. Cada color representa un mineral.

Para concluir, hay que recalcar que mediante esta técnica, la Paleontología va a poder investigar más a fondo los fósiles y restos esqueléticos, y hacer más descubrimientos como los anteriores que nos permitan entender mejor la producción orgánica de minerales y su funcionabilidad.

REFERENCIAS:

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