Esta es la cuarta de una serie de cinco partes escrita por expertos que aparecen en la nueva exposición del Salón de los Fósiles del Smithsonian, Deep Time, ahora en exhibición en el Museo Nacional de Historia Natural. La serie completa se puede encontrar visitando nuestro Informe especial de Deep Time
"Ningún fósil está enterrado con su certificado de nacimiento", escribió el reconocido editor científico Henry Gee en su tratado de 2000, En busca del tiempo profundo . Si bien es cierto, los fósiles están enterrados con muchas pistas que nos permiten reconstruir su historia. Una serie de técnicas de datación absoluta ha permitido establecer la escala de tiempo de la historia de la Tierra, incluida la edad y el origen de la vida, el momento de las extinciones en masa y el registro de la evolución humana.
En 2013, en la región Afar de Etiopía, nuestro equipo de investigación descubrió un hueso mandibular fósil raro que pertenece a nuestro género, Homo . Para resolver el misterio de cuándo vivía este ancestro humano en la Tierra, buscamos respuestas en las capas cercanas de cenizas volcánicas. Usando la lupa de un geólogo, podemos escanear cuidadosamente las cenizas en busca de pequeños minerales que son más pequeños que una sola pizca de una galleta de azúcar y que son la clave para determinar la edad de un fósil.
Trabajar en esta parte de Etiopía es toda una aventura. Es una región donde 90 grados Fahrenheit parece fresco, el polvo es un hecho, el agua no lo es, y un viaje diario normal incluye avestruces de carrera y frenos para camellos mientras forjamos caminos a través del desierto. Pero, este paisaje árido y hostil es uno de los lugares más importantes del mundo para estudiar cuándo y cómo los humanos comenzaron a caminar erguidos, utilizando herramientas y adaptándose a sus entornos cambiantes.
La región de Afar tiene rocas sedimentarias en capas, que contienen cenizas volcánicas blancas y delgadas que podríamos usar para fechar la mandíbula fósil. (Erin DiMaggio, Universidad Estatal de Penn) Al principio, antes de que tuviéramos medios más precisos para fechar fósiles, geólogos y paleontólogos confiaron en métodos de datación relativos. Observaron la posición de las rocas sedimentarias para determinar el orden. Imagine su cesto de ropa: la ropa sucia que usó el fin de semana pasado se encuentra en la parte inferior, pero el resto de hoy está encima de la pila. El concepto de rocas sedimentarias es el mismo. Las rocas más antiguas están en la parte inferior, las más jóvenes están en la parte superior. Los investigadores también utilizaron la bioestratigrafía, que es el estudio de cómo aparecen, proliferan y desaparecen los fósiles a lo largo del registro de rocas, para establecer edades relativas. Todavía usamos estos métodos de datación relativa hoy como primer enfoque para fechar fósiles antes de asignar una edad numérica o absoluta.
¿Podemos fechar fósiles reales? A veces.
Los científicos llamados geocronólogos son expertos en datación de rocas y fósiles, y a menudo pueden fechar fósiles de menos de 50, 000 años usando datación por radiocarbono. Este método se ha utilizado para proporcionar fechas para todo tipo de material interesante como arte rupestre rupestre y excremento fosilizado. Desafortunadamente, los fósiles como nuestra quijada, así como los dinosaurios que se exhiben en la nueva exhibición "Fossil Hall — Deep Time" en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, son demasiado viejos para la datación por radiocarbono. En estos casos, tenemos que confiar en las rocas mismas. Salimos con las rocas y, por inferencia, podemos fechar los fósiles.
En Afar, Etiopía, un hueso mandibular fósil raro que pertenece a nuestro género, Homo fue descubierto por nuestro equipo de investigación en 2013. Para resolver el misterio de cuándo vivía este ancestro humano en la Tierra, buscamos respuestas en capas de cenizas volcánicas. (William H. Kimbel, Universidad del Estado de Arizona) El primer gran desafío es encontrar el tipo correcto de rocas para recolectar para el análisis de laboratorio. Somos afortunados de que la región Afar tenga horizontes de cenizas volcánicas en las capas de rocas sedimentarias. De hecho, justo debajo de donde se descubrió la mandíbula fósil, nuestro equipo encontró una nueva capa de ceniza volcánica que llamamos Gurumaha Tuff. La palabra gurumaha en el idioma local significa batido, un reflejo de nuestra mentalidad en el calor de la tarde de 90 grados. En cierto sentido, podemos pensar en las capas de cenizas volcánicas como cronómetros enterrados. Cuando el volcán entra en erupción, el temporizador comienza, y usamos técnicas de datación absoluta para decir el tiempo transcurrido.
Las rocas volcánicas generalmente contienen minerales radioactivos naturales: nuestras galletas de azúcar rocían. Podemos fechar estos minerales utilizando técnicas basadas en la desintegración radiactiva de los isótopos, que ocurre a velocidades conocidas. La medición de isótopos generalmente involucra láseres y espectrómetros de masas y, a veces, incluso reactores nucleares. Calculamos la edad utilizando la tasa de descomposición y las mediciones de isótopos, lo que nos da el tiempo transcurrido en nuestro cronómetro.
Salimos con éxito con la toba de Gurumaha a 2, 82 millones de años fechando el feldespato mineral radioactivo natural. Como la mandíbula se erosionó desde arriba de la Gurumaha Tuff, debe ser más joven. Calculamos que la mandíbula tiene entre 2.80 y 2.75 millones de años, por lo que es el fósil más antiguo conocido de nuestro género Homo .
Salimos con éxito con la toba de Gurumaha a 2, 82 millones de años fechando el feldespato mineral naturalmente radiactivo (arriba, visto con un microscopio) (Erin DiMaggio, Penn State University). Los geocronólogos tienen una gran cantidad de herramientas a su disposición, pero aún así, algunas rocas y fósiles resultan difíciles de fechar. Las innovaciones en los métodos de datación existentes están eliminando estas barreras. Por ejemplo, las revisiones a un método llamado resonancia de espín electrónico permiten a los científicos fechar fósiles raros, como los dientes de hominina, porque pueden fechar directamente el fósil sin dañar visiblemente la muestra. En Afar, los científicos intentan fechar las capas reales de las que se erosionan los fósiles, en lugar de confiar en la presencia de cenizas volcánicas. Esto nos indicaría con mayor precisión la edad de las rocas fósiles y abriría nuevos sitios de campo para la exploración que carecen de tales capas.
Los fósiles abarcan el tiempo geológico de cientos a miles de millones de años y se descubren en muchos tipos y entornos de rocas. Seleccionar una técnica de citas adecuada es un paso crítico para obtener una edad significativa y precisa.
Los científicos han fechado los fósiles encontrados en cuevas sudafricanas de entre 236, 000 y 335, 000 años usando varios geocronómetros diferentes, incluida la luminiscencia ópticamente estimulada, una herramienta que nos permite calcular la última vez que los sedimentos de la cueva estuvieron expuestos a la luz. Otro método común, la datación con plomo y uranio, se basa en la desintegración radiactiva del uranio y puede usarse para fechar rocas que contengan los fósiles más antiguos conocidos en la Tierra, ¡de más de 3.500 millones de años! Para poner esto en contexto, la edad de la Tierra es de 4.54 mil millones de años, pero nuestra especie solo ha existido durante aproximadamente 300, 000 años.
La edad de la Tierra y el origen de la vida es casi insondable, pero el nuevo Deep Time Hall del Smithsonian está diseñado para ayudarnos a comprender la enormidad de la historia de la Tierra a la luz de nuestros impactos actuales. El geólogo del siglo XVIII James Hutton reconoció que los procesos geológicos requieren largas escalas de tiempo, un concepto central de lo que entendemos por el término tiempo profundo. El propósito de la geocronología (datación de rocas y fósiles) es unir las fechas que obtenemos para contar la extraordinaria historia del tiempo profundo de la Tierra.
