La infección más letal

Ébola. Seguro que conoces de que se trata. Seguro que sabes el número de muertes e infectados que dejó a su paso desde el año 2014. Seguro que has visto en la televisión como cundía el pánico, como te daban consejos para evitar contagios y como lo nombraban el virus más letal del mundo. ¿Sabes, pero, si es realmente el virus más letal del planeta? Veámoslo con perspectiva. 

ENFERMEDADES INFECCIOSAS Y DEFUNCIONES

La Organización Mundial de la Salud (OMS) realiza periódicamente informes de cúales son las principales causas de defunciones en el mundo. Entre ellas encontramos una gran variedad de enfermedades y patologías provocadas por infecciones. El Ébola fue un gran problema infeccioso, pero las muertes producidas por este no llegan ni por asomo al número de muertes producidas por otras enfermedades por las que no se cierran fronteras.

La mayoría de las defunciones producidas por enfermedades infecciosas se producen en lugares donde las condiciones clínicas y sanitarias no son buenas, ya que en muchos casos existen tratamientos preventivos, curativos o paliativos que ayudan a alargar la vida de los afectados.

Gráfico representativo de los datos de la OMS sobre las defunciones por causas infecciosas en el año 2014. (Elaboración propia)

Según los últimos datos de la OMS, la enfermedad infecciosa que provoca más muertes en el mundo es el VIH. El Virus de la inmunodeficiencia humana causa un total de 1,6 millones de muertes al año. Aún así, cabe destacar, que las muertes producidas por esta enfermedad se deben generalmente a infecciosas secundarias, como por ejemplo por tuberculosis. Esta última es la segunda enfermedad infecciosa que produce más defunciones al año, con un total de 1,4 millones.

La neumonía produce anualmente unas 922.000 muertes al año de niños menores de cinco años. La infección vírica del hígado o hepatitis B produce a finales de año un total de 780.000 defunciones. Seguidamente, encontramos las enfermedades diarreicas, como por ejemplo cólera, producen un total de 760.000 muertes al año si no son tratadas correctamente.

TASA DE LETALIDAD

En epidemiología no se habla del número total de defunciones para determinar la peligrosidad de un patógeno. En este caso existe una medida conocida como tasa de letalidad. Esta tasa se define como la proporción de casos de una enfermedad que resultan mortales respecto al total de casos diagnosticados en un tiempo determinado. 

Fórmula de la tasa de letalidad donde F representa el total de defunciones y E el número total de enfermos diagnosticados en un mismo período de tiempo.

Esta tasa es una medida estimada, ya que existen muchos factores influyentes, como por ejemplo los casos asintomáticos (que no se verían reflejados en el denominador de la ecuación, enfermos diagnosticados). Si las condiciones de prevención y sanitarias son las correctas, esta tasa suele disminuir.

¿Cúal dirías, teniendo en cuenta lo explicado, que es el patógeno más letal?

En la siguiente tabla exponemos los patógenos con mayor tasa de letalidad. Cabe destacar que en muchos casos existe una medicación apropiada que evita que estos acaben produciendo más muertes.

Tabla resumen de las diferentes tasas de letalidad de ciertos patógenos. Datos de la OMS (Elaboración propia).

Algunos de los casos expuestos con un tratamiento esta tasa disminuye significativamente, como seria el caso de la rabia, la viruela, etc. En otros casos, como los priones, no existe cura ni tratamiento y por tanto, todos los infectados acaban falleciendo. En el caso del ébola, la tasa de letalidad de los últimos brotes fue del 50-60%, pero ciertas cepas del virus han llegado a una tasa de mortalidad del 90% en brotes anteriores. Por suerte, el tratamiento con el suero antivírico es un 90% efectivo.

Vemos que la tasa de letalidad de virus muy famosos como el ébola es muy inferior a la de otros casos como por ejemplo la rabia o el virus del SIDA. Entonces, ¿por que se ha dado tanto bombo a la epidemia del ébola si tiene menos tasa de letalidad y no produce tantas muertes al año? Eso fue debido a los tiempos: el ébola actúa de forma rápida mientras que el VIH tarda décadas en manifestar sus síntomas.

RABIA: el virus más letal

Esta es una enfermedad zoonótica, es decir, que se transmite de animales a humanos. Es producida por un virus de la familia Rhabdoviridae del género Lyssavirus. Presenta un tamaño de 180 nm de longitud y 75 nm de diámetro. Se trata de un virus de ARN que infecta el sistema nervioso central produciendo una encefalitis aguda que produce la muerte en menos de diez días (sino se trata). Su tasa de letalidad es del 100%, el más alto.

Representación gráfica de la estructura del virus de la Rabia. (Foto: CDC)

Su estructura de caracteriza por presentar una envoltura de doble capa lípidica con glicoproteïnas G insertadas en su superficie. En su interior hay una hélice proteíca (formada por la nucleoproteína y el material genético, en este caso ARN). Su genoma esta formado por 1,2 Kb y contiene 5 genes (los que codifican para las proteïnas necesarias para su replicación).

Representación gráfica del genoma del virus de la rabia. (Foto: CDC).

La rabia se transmite por la mordedura o por el contacto directo de mucosas con un mamífero infectado (pueden ser perros, murciélagos, zorros…). Se encuentra en todos los continentes excepto en la Antártida. En países subdesarrollados causan unas 55000 muertes al año y el mayor reservorio son los animales domésticos. En los países desarrollados el principal reservorio son los animales salvajes.

Distribución geográfica del riesgo al contagio de Rabia. Los países en blanco no presentan riesgo de transmisión. (Foto: OMS)

·

Por suerte, la ciencia ha producido vacunas y tratamientos aptos para mantener a raya estos peligrosos patógenos. Recordad siempre que el mejor tratamiento, es la prevención. Mantened a vuestras mascotas sin Rabia. 

Animación prevención rabia, Organización Mundial de Sanidad Animal.

REFERENCIAS

• Organización Mundial de la Salud (OMS).
• Centro para el control y prevención de enfermedades (CDC)
• Microbios en la Red.
• Organización mundial de Sanidad Animal (OiE)
• Imagen portada: virus de la Rabia,  Elnuevocafelito

La malaltia infecciosa més letal

Ebola. Segur n’has sentit parlar. Segur que vas seguir detingudament les notícies que arribaven des de l’Àfrica de la gran epidèmia que va tenir lloc cap al 2014. Segurament vas veure a la televisió tots els dispositius de màxima seguretat que es van desplegar. El van anomenar un dels virus més letals del món, però, és veritat? Analitzem-ho des del punt de vista epidemiològic. 

DEFUNCIONS PER INFECCIONS

L’Organització mundial de la Salut (OMS) realitza de forma periòdica estudis sobre les principals causes de defunció al món. Entre elles trobem les malalties infeccioses. L’Ebola va suposar un gran problema epidèmic el 2014 però no arribà a provocar un nombre significatiu de morts per entrar a la llista de l’OMS. Aquestes infeccions provoquen moltes morts per les quals no es tanquen fronteres ni es donen rodes de premsa d’emergència.

La majoria de les defuncions es donen a llocs on les condiciones sanitàries no són bones, ja que en molts casos existeix un tractament preventiu, curatiu o pal·liatiu que ajuden a perllongar la vida dels afectats.

Gràfic representatiu de les dades de l’OMS sobre les defuncions mundials per malalties infeccioses l’any 2014. (Elaboració pròpia).

Segons les darreres dades de l’OMS, la malaltia infecciosa que produeix més defuncions a l’any és el SIDA, produït pel virus VIH. Causa un total d’ 1,6 milions de morts. Tot i això, cal destacar que les morts produïdes per aquesta malaltia es deuen generalment a malalties infeccioses secundàries com per exemple la tuberculosi. Aquesta darrera és la segona malaltia infecciosa que provoca més morts al any, amb un total d’1,4 milions.

La pneumònia produeix un total de 922000 morts a l’any de nins menors de cinc anys. La infecció vírica del fetge o Hepatitis B produeix un total de 780000 morts a l’any. Seguidament trobem les malalties diarreiques i la malària. Si ho comparem amb els morts produïts per l’Ebola podem veure que aquest queda bastant enrere.

TAXA DE LETALITAT

Aquestes dades de l’OMS són en general, però quan parlem d’aspectes epidemiològics utilitzem una mesura coneguda com a taxa de letalitat. Aquesta representa la proporció de casos mortals d’una determinada malaltia respecte al nombre total de casos diagnosticats en un temps concret. La seva fórmula és:

Fórmula de la taxa de letalitat on la F representa les defuncions i la E representa els casos diagnosticats en el mateix període de temps.

Aquest càlcul és estimat, ja que existeixen molts factors que condicionen aquest valor, com per exemple l’existència de casos asimptomàtics. Un altre factor important és la qualitat del sistema sanitari, ja que si es té accés al tractament aquesta taxa queda pràcticament anul·lada i les víctimes mortals disminueixen significativament.

Així doncs, quin diries que és el patogen més letal del món?

A la taula següent exposem els principals patògens amb taxes de letalitat més grans. Recordem que molts d’ells tenen tractament, per tant aquestes dades representen el valor de les taxes en casos de no adquirir cap tractament.

Taula resum de les diferents taxes de letalitat segons la OMS. (Elaboració pròpia).

Alguns dels casos exposats a la taula amb un tractament adequat, presenten una taxa menor, com seria el cas de la ràbia o la verola. En altres casos, com els prions, no existeix cap tipus de tractament i per tant, tots els infectats acaben morint. En el cas de l’Ebola, la taxa de letalitat dels darrers episodis epidèmics fou del 50-60%, però certes variants del virus poden presentar fins a un 90% de letalitat. Per sort, el tractament en sèrum és un 90% efectiu.

Podem veure, doncs, que certs virus molt coneguts com l’Ebola presenten taxes de letalitat relativament baixes respecte virus com per exemple el VIH. Doncs, per què va tenir tant de ressò l’epidèmia d’Ebola? La qüestió es trobava al temps d’evolució: l’Ebola és una malaltia d’evolució ràpida (els símptomes i la mort arriben als pocs dies si no hi ha tractament) mentre que el VIH és més lent i silenciós, pot estar dècades a mostrar algun símptoma.

LA RÀBIA: la letalitat feta virus

Aquesta és una malaltia zoonòtica, és a dir, que es transmet d’animals a humans. És produïda per un virus en forma de bala de la família Rhabdoviridae i del gènere Lyssavirus. Presenta una mida aproximada de 180 nm de longitut i 75 nm de diàmetre. Es tracta d’un virus d’ARN que infecta el sistema nerviós central produint una encefalitis o inflamació del teixit nerviós de l’encèfal i produeix la mort en menys de deu dies (si no es tracta a temps). És una les malalties més letals, amb una taxa de letalitat del 100%.

Representació gràfica de l’estructura del virus de la Ràbia. (Imatge: CDC)

La seva estructura es caracteritza per presentar una doble capa lipídica que actua d’envoltura amb tota una sèrie de Glicoproteïnes G inserides a la superfície. Al seu interior trobem una hèlix formada pel material genètic i les nucleoproteïnes. El seu genoma està codificat en forma d’ARN i té una longitud d’1,2 kb, on trobem cinc gens que codifiquen per les proteïnes necessàries per a la seva replicació.

Representació gràfica del genoma del virus de la ràbia. (Imatge: CDC).

Aquesta malaltia es transmet per la mossegada o pel contacte directe entre mucoses d’un mamífer infectat (poden ser gossos, ratpenats, guineus…). Es troba a tots els continents, excepte a l’Antàrtida. Als països subdesenvolupats causa unes 55000 morts a l’any i el seu reservori principal són els animals domèstics. Per altra banda, als països desenvolupats el principal reservori són els animals salvatges.

Distribució geogràfica del risc de contagi de la Ràbia. Els països en blanc no presenten risc de contagi (Imatge: OMS)

·

Per sort, aquestes malalties tan perilloses tenen un tractament efectiu. Cal recordar però que la millor cura és la prevenció. Per tant, mantingueu els vostres animals domèstics  sense ràbia. 

Animació en castellà per la prevenció de la Ràbia. Organització Mundial de Sanitat Animal.

REFERÈNCIES

• Organizació Mundial de la Salut (OMS). Castellà
• Centre pel control i prevenció de malalties (CDC). Castellà.
• Microbios en la Red. Castellà
• Organizació mundial de Sanitat Animal (OiE). Castellà
• Imatge de portada: virus de la Ràbia,  Elnuevocafelito

Knowing fossils and their age

In All You Need Is Biology we often make reference to fossils to explain the past of living beings. But what is exactly a fossil and how is it formed? Which is the utility of fossils? Have you ever wondered how science knows the age of a fossil? Read on to find out!

WHAT IS A FOSSIL?

If you think of a fossil, surely the first thing that comes to your mind is a dinosaur bone or a petrified shell that you found in the forest, but a fossil is much more. Fossils are remnants (complete or partial) of  living beings that have lived in the past (thousands, millions of years) or traces of their activity that are preserved generally in sedimentary rocks. So, there are different types of fossils:

• Petrified and permineralized fossils: are those corresponding to the classical definition of fossil in which organic or hollow parts are replaced with minerals (see next section). Its formation can leave internal or external molds in which the original material may disappear.

  

  Petrified fossil of horseshoe crab and its footsteps. CosmoCaixa. Photo: Mireia Querol Rovira

• Ichnofossils (trace fossils): traces of the activity of a living being that are recorded in the rock and give information about the behavior of the species. They may be changes in the environment (nests and other structures), traces (footprints), stools (coprolites -excrements-, eggs …) and other traces such as scratches, bites…

  

  Dinosaur eggs (nest). CosmoCaixa. Photo: Mireia Querol Rovira

  

  Coprolites, CosmoCaixa. Photo: Mireia Querol Rovira

• Amber: fossilized resin of more than 20 million years old. The intermediate state of amber is called copal (less than 20 million years) old. The resin, before becoming amber can trap insects, arachnids, pollen… in this case is considered a double fossil.

  

  Piece of amber with insects inside, CosmoCaixa. Photo: Mireia Querol Rovira

• Chemical fossils: are fossil fuels like oil and coal, which are formed by the accumulation of organic matter at high pressures and temperatures along with the action of anaerobic bacteria (bacteria that don’t use oxygen for metabolism).
• Subfossil: when the fossilization process is not completed the remains are known as subfossils. They don’t have more than 11,000 years old. This is the case of our recent ancestors (Chalcolithic).

  

  Ötzi a subfossil. It is Europe’s oldest natural mummy. He lived during the Chalcolithic (Copper Age) and died 5300 years ago. Photo: Wikimedia Commons

• Living fossils: name given to today’s living organisms very similar to species extinct. The most famous case is the coelacanth, it was believed extinct for 65 million years until it was rediscovered in 1938, but there are other examples such as nautilus.

  

  Comparison between the shell of a current nautilus (left) with an ammonite of millions of years old (right). CosmoCaixa. Photo: Mireia Rovira Querol

• Pseudofossils: are rock formations that seem remains of living beings, but in reality they are formed by geological processes. The best known case is pyrolusite dendrites that seem plants. 

Pirolusita infiltrations in limestone. CosmoCaixa. Photo: Mireia Querol

Obviously fossils became more common after the appearance of hard parts (shells, teeth, bones …), 543 million years ago (Cambrian Explosion). The fossil record prior to this period is very scarce. The oldes tknown fossils are stromatolites, rocks that still they exist today formed by the precipitation of calcium carbonate because of the activity of photosynthetic bacteria.

The science of fossils is Paleontology.

Stromatolite 2,800 million years old, Australian Museum. Photo: Mireia Querol Rovira

HOW A FOSSIL IS FORMED?

The fossilization can occur in five ways:

• Petrifaction: is the replacement of organic material by minerals from the remains of a living being buried. An exact copy of the body is obtained in stone. The first step of petrificationis  permineralization: the pores of the body are filled with mineral but organic tissue is unchanged. It is the most common method of fossilized bones).
• Gelling: the body becomes embedded in the ice and don’t suffer transformations .
• Compression : the dead body is on a soft layer of soil, such as clay, and is covered by layers of sediment .
• Inclusion : organisms trapped in amber, or petroleum .
• Impression: organisms leave impressions in the mud and the trace is preserved until the clay hardens.

  

  Fossilization processes and resulting fossils. Unknown author

  UTILITY OF FOSSILS

• Fossils give us information on how living things were in the past, resulting in evidence of the biological evolution and help to establish the lineages of living things today.
• Allow analyzing of cyclical phenomena such as climate change, atmosphere-ocean dynamics and even orbital perturbations of the planets.
• Those who are of a certain age can be use to date the rocks in where they are found (guide fossils).
  
• They give information of geological processes such as the movement of the continents, the presence of ancient oceans, formation of mountains…
• The chemical fossils are our main source of energy .
• They give climate information from the past, for example, studying the growth of rings in fossilized trunks or deposition of organic matter in the glacial varves.

  

  Fossil trunks where growth rings are observed. American Museum of Natural History. Photo: Mireia Querol Rovira

  DATING FOSSILS

  To determine the age of fossils there are indirect methods (relative dating) and direct (absolute dating). As there is no perfect method and accuracy decreases with age, the sites are often dated with more than one technique.

  RELATIVE DATING

  The fossils are dated according to the context in which they are found, if they are associated with other fossils (guide fossils) or objects of known age and it depends on the stratum they are found.

  In geology, stratums are different levels of rocks that are ordered by their depth: according to stratigraphy, the oldest ones are found at greater depths, while the modern ones are more superficial, as the sediments have not had much time to deposit on the substrate. Obviously if there are geological disturbances dating would be wrong if there were only this method.

  

  Stratigraphic timescale. Picture: Ray Troll

  ABSOLUTE DATING

  This methods are more accurate and are based on the physical characteristics of matter.

  RADIOMETRIC DATING

  They are based on the rate of decay of radioactive isotopes in rocks and fossils. Isotopes are atoms of the same element but with different number of neutrons in their nuclei. Radioactive isotopes are unstable, so they are transformed into a more stable ones at a rate known to scientists emitting radiation. Comparing the amount of unstable isotopes to stable in a sample, scientits can estimate the time that has elapsed since the fossil or rock formed.

  

  Carbon-14 cycle. Unknown author

• Radiocarbon (Carbon-14): in living organisms, the relationship between C12 and C14 is constant, but when they die, this relationship changes: the uptake of C14 stops and decay with a descomposing rate of 5730 years. Knowing the difference between C12 and C14 of the sample, we can date when the organism died. The maximum limit of this method are 60,000 years, therefore only applies to recent fossils.
• Aluminum 26-Beryllium 10: it has the same application as the C14, but has a much greater decaying period, allowing  datings up to 10 datings millions of years, and even up to 15 million years.
• Potassium-Argon (⁴⁰K/⁴⁰Ar): is used to date rocks and volcanic ash older than than 10,000 years old. This was the method used to date the Laetoli footprints, the first traces of bipedalism of our lineage left by Australopithecus afarensis.
  
• Uranium Series (Uranium-Thorium): various techniques with uranium isotopes. They are sed in mineral deposits in caves (speleothems) and in calcium carbonate materials (such as corals).
• Calcium 41: allows to date bones in a time interval from 50,000 to 1,000,000 years .

PALEOMAGNETIC DATING

The magnetic north pole has changed throughout the history of Earth and its geographical coordinates are known in different geological eras.

Some minerals have magnetic properties and are directed towards the north magnetic pole when in aqueous suspension, for example clays. But when laid on the ground, they are fixed to the position that the north magnetic pole was at the time. If we look at what coordinates are oriented such minerals at the site, we can associate it with a particular time.

Deposition of magnetic particles oriented towards the magnetic north pole. Source: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.

This dating is used on clay remains and as the magnetic north pole has been several times in the same geographical coordinates, you get more than one date. Depending on the context of the site, you may discard some dates to reach a final dating.

THERMOLUMINESCENCE DATING AND  OPTICALLY STIMULATED LUMINESCENCE (OSL)

Certain minerals (quartz, feldspar, calcite …) accumulate in its crystal structure changes due to radioactive decay of the environment. These changes are cumulative, continuous and time dependent to radiation exposure. When subjected to external stimuli, mineral emits light due to these changes. This luminescence is weak and distinct as apply heat (TL), visible light (OSL) or infrared (IRSL).

Fluorite’s thermoluminescence. Photo: Mauswiesel

Can be dated samples that were protected from sunlight and heat to more than 500 ° C, otherwise the “clock” is reset as the energy naturally releases.

ELECTRON PARAMAGNETIC RESONANCE (ESR)

The ESR (electro spin resonance) involves irradiating the sample and measuring the energy absorbed by the sample depending on the amount of natural radiation which it has been subjected during its history. It is a complex method which you can get more information here.

REFERENCES

• Carbonell, E. (coord) (2011). Homínidos. Las primeras ocupaciones de los continentes (pg 26-37). Ariel Historia.
• Coenraads, R. (2005). Rocas y fósiles. Libros cúpula.
• Tipos de fósiles
• New Word Encyclopaedia
• Dating rocks and fossils using geological methods
• CENIEH – Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana
• Procesos químicos de fosilización
• Museo Virtual de Paleontología
• Understanding evolution 
• Cover photo by Mireia Querol (Tarbosaurus)

Conociendo los fósiles y su edad

¡ATENCIÓN! 

ESTE ARTÍCULO ESTÁ ANTICUADO.

LEE LA VERSIÓN ACTUAL Y MEJORADA AQUÍ.

En All You Need Is Biology a menudo hacemos referencia a los fósiles para explicar el pasado de los seres vivos. ¿Pero qué es exactamente un fósil y cómo se forma? ¿Para qué sirven los fósiles? ¿Te has preguntado alguna vez cómo lo hace la ciencia para saber la edad de un fósil? Sigue leyendo para descubrirlo!

¿QUÉ ES UN FÓSIL?

Si piensas en un fósil, seguramente lo primero que te viene a la cabeza es un hueso de dinosaurio o una concha petrificada que te encontraste en el bosque, pero un fósil es mucho más. Los fósiles son restos (completos o parciales) de seres vivos que han vivido en el pasado (miles, millones de años)  o rastros de su actividad que quedan conservados (generalmente en rocas sedimentarias). Así pues, existen diferentes tipos de fósiles:

• Petrificados y permineralizados: son los que corresponden a la definición clásica de fósil en el que las partes orgánicas o huecos son sustituidas por minerales (ver apartado siguiente). Su formación puede dejar moldes internos o externos (por ejemplo, de conchas) en el que el material original puede desaparecer. La madera fosilizada de esta manera se conoce como xilópalo.

  

  Fósil petrificado de cangrejo herradura y sus pisadas. CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira

• Icnofósiles: restos de la actividad de un ser vivo que quedan registradas en la roca y dan información sobre el comportamiento de las especies. Pueden ser modificaciones del entorno (nidos y otras construcciones), huellas (icnitas), deposiciones (coprolitos -excrementos-, huevos…) y otras marcas como arañazos, dentelladas…

  

  Huevos de dinosaurio (nido). CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira

  

  Coprolitos, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira

• Ámbar: se trata de resina fósil de más de 20 millones de antigüedad. Antes pasa por un estado intermedio que se llama copal (menos de 20 millones de años). La resina, antes de pasar a ámbar, puede atrapar insectos, arácnidos, polen… en este caso se consideraría un doble fósil.

  

  Pieza de ámbar a la lupa con insectos en su interior, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira

• Fósiles químicos: son los combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, que se formaron por la acumulación de materia orgánica a altas presiones y temperaturas junto con la acción de bacterias anaerobias (que no utilizan oxigeno para su metabolismo).
• Subfósil: cuando el proceso de fosilización no se completa (por haber pasado poco tiempo, o las condiciones para que se diera la fosilización no fueron propicias) los restos se conocen como subfósiles. No tienen más de 11.000 años de antigüedad. Es el caso de nuestros antepasados más recientes (Edad de los Metales).

Ötzi, un subfósil. Es la momia natural más antigua de Europa. Vivió durante el Calcolítico (Edad de Cobre) y murió hace 5.300 años. Foto: Wikimedia Commons

• Fósil viviente: nombre que se da a seres vivos actuales muy parecidos a organismos ya extintos. El caso más famoso es el del celacanto, que se creía extinguido desde hacía 65 millones de años hasta que fue redescubierto en 1938, pero hay otros ejemplos como los nautilos.

  

  Comparación entre la concha de un nautilus actual (izquierda) y un ammonite de millones de años de antigüedad (derecha). CosmoCaixa. Foto :Mireia Querol Rovira

• Pseudofósiles: son formaciones en las rocas que parecen restos de seres vivos, pero en realidad se han formado por procesos geológicos. El caso más conocido son las dendritas de pirolusita, que parecen vegetales.

  

  Infiltraciones de pirolusita en piedra calcárea. CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol

Lógicamente los fósiles se hicieron más comunes a partir de la aparición de partes duras (conchas, dientes, huesos…), hace 543 millones de años (Explosión del Cámbrico). El registro fósil anterior a ese período es muy escaso. Los fósiles más antiguos que se conocen son los estromatolitos, rocas formadas por la precipitación de carbonato cálcico debido a la actividad de bacterias fotosintéticas que aún existen en la actualidad.

La ciencia que estudia los fósiles es la Paleontología.

Estromatolito de 2.800 millones de años de antigüedad, Australian Museum. Foto: Mireia Querol Rovira

¿CÓMO SE FORMA UN FÓSIL?

La fosilización se puede dar de cinco maneras distintas:

• Petrificación: es la sustitución de la materia orgánica por sustancias minerales de los restos de un ser vivo enterrado. Se obtiene una copia exacta del organismo en piedra. El primer paso de la petrificación es la permineralización (los poros del organismo están rellenos de mineral pero el tejido orgánico está inalterado. Es la fosilización más común que sufren los huesos).
• Gelificación: el organismo queda incrustado en el hielo y no sufre apenas transformaciones.
• Compresión: el organismo muerto queda sobre una capa blanda del suelo, como el lodo, y queda cubierto por capas de sedimentos.
• Inclusión: los organismos quedan atrapados en ámbar o petróleo.
• Impresión: los organismos dejan impresiones en el barro y se conserva la marca hasta que el barro se endurece.

  

  Procesos de fosilización y fósiles resultantes. Autor desconocido

UTILIDAD DE LOS FÓSILES

• Los fósiles nos dan información de cómo eran los seres vivos en el pasado, resultando una evidencia de la evolución biológica y una ayuda para establecer los linajes de los seres vivos actuales.
• Permiten analizar fenómenos cíclicos como cambios climáticos, dinámicas atmósfera-océano e incluso las perturbaciones orbitales de los planetas.
• Los que son exclusivos de una determinada época permiten datar con bastante exactitud las rocas en las que se encuentran (fósiles guía).
• Dan información de procesos geológicos como el movimiento de los continentes, presencia de antiguos océanos, cadenas montañosas…
• Los fósiles químicos son nuestra principal fuente de energía actual.
• Dan información sobre el clima del pasado, por ejemplo, estudiando los anillos de crecimiento de los troncos fósiles o las deposiciones de materia orgánica en las varvas glaciales.

  

  Troncos fósiles donde se observan anillos de crecimiento. American Museum of Natural History. Foto: Mireia Querol Rovira

DATACIÓN DE LOS FÓSILES

Para conocer la edad de los fósiles existen métodos indirectos (datación relativa) y directos (datación absoluta). Como no hay ningún método perfecto y la precisión disminuye con la antigüedad, los yacimientos se suelen datar con más de una técnica.

DATACIÓN RELATIVA

Los fósiles se datan según el contexto en el que han sido encontrados, si están asociados a otros fósiles (fósiles guía) u objetos de los que se conoce la edad y según el estrato en el que se encuentran.

En geología, los estratos son los distintos niveles de rocas que se ordenan según su profundidad: según la estratigrafía, los más antiguos son los que se encuentran a mayor profundidad, mientras que los más modernos son los más superficiales, ya que los sedimentos no han tenido tanto tiempo para depositarse en el sustrato. Lógicamente si hay movimientos de tierras y alteraciones geológicas la datación sería incorrecta si sólo existiera este método.

Esquema de las eras geológicas y estratos con sus correspondientes fósiles. Fuente

DATACIÓN ABSOLUTA

Son más precisas y se basan en las características físicas de la materia.

DATACIÓN RADIOMÉTRICA

Se basan en la velocidad de desintegración de isótopos radioactivos presentes en rocas y fósiles. Los isótopos son átomos del mismo elemento pero con distinta cantidad de neutrones en su  núcleo. Los isótopos radioactivos son inestables, por lo que se transforman en otros más estables a una velocidad conocida por los científicos emitiendo radiación. Comparando la cantidad de isótopos inestables con los estables en una muestra, la ciencia puede estimar el tiempo que ha transcurrido desde que se formó el fósil o roca.

Esquema del ciclo del Carbono 14. Fuente

• Radiocarbono (Carbono-14): en organismos vivos, la relación entre el C12 y el C14 es constante, pero cuando mueren, esta relación cambia ya que el C14 deja de incorporarse en el cuerpo y el que queda se descompone radioactivamente en un periodo de semidesintegración de 5730 años. Conociendo la diferencia entre el C12 y C14 de la muestra, podremos datar cuando murió el organismo. El límite máximo de datación por este método son 60.000 años, por lo tanto sólo se aplica a fósiles recientes.
• Berilio 10-Aluminio 26: tiene la misma aplicación que el C14, pero tiene un período de semidesintegración muchísimo mayor, por lo que permite dataciones de 10 millones de años, e incluso de hasta 15 millones de años.
• Potasio-Argón (⁴⁰K/⁴⁰Ar):  se utiliza para datar rocas y cenizas de origen volcánico de más de 10.000 años . Es el método que se utilizó para datar las huellas de Laetoli, el primer rastro de bipedismo de nuestro linaje dejado por Australopitecus afarensis.
• Series del Uranio (Uranio-Torio): se utilizan diversas técnicas mediante los isótopos del uranio. Se utilizan en materiales de carbonato de calcio, (como corales) y depósitos minerales en cuevas (espeleotemas).
• Calcio 41: permite datar restos óseos en un intervalo de tiempo entre 50.000 y 1.000.000 de años.

DATACIÓN POR PALEOMAGNETISMO

El polo norte magnético ha ido cambiando a lo largo de la historia de la Tierra, y se conocen sus coordenadas geográficas en distintas épocas geológicas.

Algunos minerales tienen propiedades magnéticas y se dirigen hacia el polo norte magnético cuando están en suspensión acuosa, por ejemplo en las arcillas. Pero si se depositan en el suelo, quedan fijados hacia la posición que tenía el polo norte magnético en ese momento. Si observamos hacia qué coordenadas están orientados esos minerales en el yacimiento lo podemos asociar con una época determinada.

Deposición de partículas magnéticas orientadas hacia el polo norte magnético. Fuente: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.

Esta datación se utiliza en restos dipositados sobre fondos arcillosos y como el polo norte magnético ha estado varias veces en las mismas coordenadas geográficas, se obtiene más de una fecha de datación. Según el contexto del yacimiento, se podrán descartar algunas de estas fechas hasta llegar a una definitiva.

DATACIÓN POR TERMOLUMINISCENCIA Y LUMINISCENCIA ÓPTICA SIMULADA

Ciertos minerales (cuarzo, feldespato, calcita…) acumulan modificaciones en su estructura cristalina debidas a la desintegración radiactiva del entorno. Estas modificaciones son acumulativas, continuas y dependientes del tiempo de exposición a la radiación. Cuando se somete al mineral a estímulos externos, emite luz debido a estas modificaciones. Esta luminiscencia es muy débil y distinta según se le aplique calor (TL), luz visible (OSL) o infrarrojos (IRSL).

Termoluminiscencia de la fluorita. Foto: Mauswiesel

Sólo se pueden datar muestras que hayan estado protegidas de la luz solar o calor a más de 500ºC, ya que entonces se reinicia “el reloj” al liberarse la energía de manera natural.

RESONANCIA PARAMAGNÉTICA ELECTRÓNICA (ESR)

La ESR (electro spin resonance) consiste en someter la muestra a radiación y medir la energía absorbida por la muestra en función de la cantidad de radiación a la que ha estado sometida durante su historia. Es un método complejo del que puedes obtener más información aquí.

 REFERENCIAS

• Carbonell, E. (coord) (2011). Homínidos. Las primeras ocupaciones de los continentes (pg 26-37). Ariel Historia.
• Coenraads, R. (2005). Rocas y fósiles. Libros cúpula.
• Tipos de fósiles
• New Word Encyclopaedia
• CENIEH – Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana
• Procesos químicos de fosilización
• Museo Virtual de Paleontología
• Understanding evolution 
• Imagen de portada por Mireia Querol (Tarbosaurus)

Coneixent els fòssils i la seva edat

ATENCIÓ! AQUEST ARTICLE ESTÀ OBSOLET.

LLEGEIX LA VERSIÓ ACTUAL I MILLORADA AQUÍ

A All You Need Is Biology sovint fem referència als fòssils per explicar el passat dels éssers vius. Però què és exactament un fòssil i com es forma? Per a què serveixen els fòssils? T’has preguntat mai com ho fa la ciència per saber l’edat d’un fòssil? Segueix llegint per descobrir-ho!

QUÈ ÉS UN FÒSSIL?

Si penses en un fòssil, segurament el primer que et ve al cap és un os de dinosaure o una petxina petrificada que et vas trobar al bosc, però un fòssil és molt més. Els fòssils són restes (completes o parcials) d’éssers vius que van viure en el passat (milers, milions d’anys) o rastres de la seva activitat que queden conservats (generalment en roques sedimentàries). Així doncs, existeixen diferents tipus de fòssils:

• Petrificats i permineralitzats: són els que corresponen a la definició clàssica de fòssil en què les parts orgàniques o buides són substituïdes per minerals (veure apartat següent). La seva formació pot deixar motlles interns o externs (per exemple, de petxines) en el qual el material original pot desaparèixer. La fusta fossilitzada d’aquesta manera es coneix com a  xilòpal.

  

  Fòssil petrificat de cranc ferradura i les seves petjades, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira

• Icnofòssils: restes de l’activitat d’un ésser viu que queden registrades en la roca i donen informació sobre el comportament de les espècies. Poden ser modificacions de l’entorn (nius i altres construccions), empremtes (icnites), deposicions (copròlits excrements-, ous…) i altres marques com esgarrapades, mossegades…

  

  Ous de dinosaure (niu). CosmoCaixa. foto: Mireia Querol Rovira

  

  Copròlits, CosmoCaixa. foto: Mireia Querol Rovira

• Ambre: resina fòssil de més de 20 milions d’antiguitat. Abans passa per un estat intermedi que s’anomena copal (menys de 20 milions d’anys). La resina, abans de passar a ambre, pot atrapar insectes, aràcnids, pol·len… en aquest cas es consideraria un doble fòssil.

  

  Peça d’ambre a la lupa amb insectes al seu interior, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira

• Fòssils químics: són els combustibles fòssils, com el petroli i el carbó, que es van formar per l’acumulació de matèria orgànica a altes pressions i temperatures juntament amb l’acció de bacteris anaerobis (que no utilitzen oxigen per al seu metabolisme).
• Subfòssil: quan el procés de fossilització no s’ha completat (per haver passat poc temps, o les condicions perquè es donés la fossilització no van ser propícies) les restes es coneixen com subfòssils. No tenen més de 11.000 anys d’antiguitat. És el cas dels nostres avantpassats més recents (Edat dels Metalls).

Ötzi, un subfòssil. És la mòmia natural més antiga d’Europa. Va viure durant el Calcolític (Edat de Coure) i va morir fa 5.300 anys. Foto: Wikimedia Commons

• • Fòssil vivent: nom que es dóna a éssers vius actuals molt semblants a organismes ja extingits. El cas més famós és el del celacant, que es creia extingit des de feia 65 milions d’anys fins que va ser redescobert el 1938, però hi ha altres exemples com els nàutils.

    

    Comparació entre la closca d’un nautilus actual (esquerra) i un ammonit de milions d’anys d’antiguitat (dreta). CosmoCaixa. Foto :Mireia Querol Rovira

  • Pseudofòssils: són formacions a les roques que semblen restes d’éssers vius, però en realitat s’han format per processos geològics. El cas més conegut són les dendrites de pirolusita, que semblen vegetals.

    

    Infiltracions de priolusita en lloses calcàries, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol

Lògicament els fòssils es van fer més comuns a partir de l’aparició de parts dures (petxines, dents, ossos…), fa 543 milions d’anys (Explosió del Cambrià). El registre fòssil anterior a aquest període és molt escàs. Els fòssils més antics que es coneixen són els estromatòlits, roques formades per la precipitació de carbonat càlcic a causa de l’activitat de bacteris fotosintètics que encara existeixen en l’actualitat.

La ciència que estudia els fòssils és la Paleontologia .

Estromatòlit de 2.800 milions d’anys d’antiguitat, Australian Museum. Foto: Mireia Querol Rovira

COM ES FORMA UN FÒSSIL?

La fossilització es pot donar de cinc maneres diferents:

• • Petrificació: és la substitució de la matèria orgànica per substàncies minerals de les restes d’un ésser viu enterrat. S’obté una còpia exacta de l’organisme en pedra. El primer pas de la petrificació és la permineralització: els porus de l’organisme estan farcits de mineral però el teixit orgànic està inalterat. És la fossilització més comú que pateixen els ossos.
  • Gelificació: l’organisme queda incrustat en el gel i no pateix gairebé transformacions.
  • Compressió: l’organisme mort queda sobre una capa tova del sòl, com el fang, i queda cobert per capes de sediments.
  • Inclusió : els organismes queden atrapats en ambre o petroli.
  • Impressió: els organismes deixen impressions en el fang i es conserva la marca fins que el fang s’endureix.

Processos de fossilització i fòssils resultants. Autor desconegut

UTILITAT DELS FÒSSILS

• Els fòssils ens donen informació de com eren els éssers vius en el passat, resultant una evidència de la evolució biològica i una ajuda per establir els llinatges dels éssers vius actuals.
• Permeten analitzar fenòmens cíclics com canvis climàtics, dinàmiques atmosfera-oceà i fins i tot les pertorbacions orbitals dels planetes.
• Els que són exclusius d’una determinada època permeten datar amb força exactitud les roques en què es troben (fòssils guia).
  
• Donen informació de processos geològics com el moviment dels continents, presència d’antics oceans, cadenes muntanyoses…
• Els fòssils químics són la nostra principal font d’energia actual.
• Donen informació sobre el clima del passat, per exemple, estudiant els anells de creixement dels troncs fòssils o les deposicions de matèria orgànica en les varves glacials.

  

  Troncs fòssils on s’observen anells de creixement. American Museum of Natural History. Foto: Mireia Querol Rovira

DATACIÓ DELS FÒSSILS

Per conèixer l’edat dels fòssils existeixen mètodes indirectes (datació relativa) i directes (datació absoluta). Com que no hi ha cap mètode perfecte i la precisió disminueix amb l’antiguitat, els jaciments se solen datar amb més d’una tècnica.

DATACIÓ RELATIVA

Els fòssils es daten segons el context en el qual han estat trobats, si estan associats a altres fòssils (fòssils guia) o objectes dels que es coneix l’edat i segons l’estrat en el qual es troben.

En geologia, els estrats són els diferents nivells de roques que s’ordenen segons la seva profunditat: segons la estratigrafia, els més antics són els que es troben a major profunditat, mentre que els més moderns són els més superficials, ja que els sediments no han tingut tant de temps per dipositar-se al substrat. Lògicament si hi ha moviments de terres i alteracions geològiques la datació seria incorrecta si només existís aquest mètode.

Esquema de les eres geològiques i estrats amb els seus corresponents fòssils. Font

DATACIÓ ABSOLUTA

És més precisa i es basa en les característiques físiques de la matèria.

DATACIÓ RADIOMÈTRICA

Es basa en la velocitat de desintegració d’isòtops radioactius presents en roques i fòssils. Els isòtops són àtoms del mateix element però amb diferent quantitat de neutrons en el seu nucli . Els isòtops radioactius són inestables, pel que es transformen en altres més estables a una velocitat coneguda pels científics emetent radiació. Comparant la quantitat d’isòtops inestables amb els estables en una mostra, la ciència pot estimar el temps que ha transcorregut des que es va formar el fòssil o roca.

Esquema del cicle del Carboni 14. Font

• Radiocarboni (Carboni-14): en organismes vius, la relació entre el C12 i el C14 és constant, però quan moren, aquesta relació canvia ja que el C14 deixa de incorporar-se al cos i el que queda es descomposa radioactivament en un període de semidesintegració de 5730 anys. Coneixent la diferència entre el C12 i C14 de la mostra, podrem datar quan va morir l’organisme. El límit màxim de datació per aquest mètode són 60.000 anys, per tant només s’aplica a fòssils recents.
• Beril·li 10-Alumini 26: té la mateixa aplicació que el C14, però té un període de semidesintegració molt més gran, de manera que permet datacions de 10 milions d’anys, i fins i tot de fins a 15 milions d’anys.
• Potassi-Argó (⁴⁰K/⁴⁰Ar): s’utilitza per datar roques i cendres d’origen volcànic de més de 10.000 anys. És el mètode que es va utilitzar per datar les petjades de Laetoli , el primer rastre de bipedisme del nostre llinatge deixat per Australopithecus afarensis.
  
• Sèries de l’Urani (Urani-Tori): s’utilitzen diverses tècniques mitjançant els isòtops de l’urani. S’utilitzen en materials de carbonat de calci, (com coralls) i dipòsits minerals en coves (espeleotemes ).
• Calci 41: permet datar restes òssies en un interval de temps entre 50.000 i 1.000.000 d’anys.

DATACIÓ PER PALEOMAGNETISME

El pol nord magnètic ha anat canviant al llarg de la història de la Terra, i es coneixen les coordenades geogràfiques en diferents èpoques geològiques.

Alguns minerals tenen propietats magnètiques i es dirigeixen cap al pol nord magnètic quan estan en suspensió aquosa, per exemple en les argiles. Però si es dipositen a terra, queden fixats cap a la posició que tenia el pol nord magnètic en aquell moment. Si observem cap a quines coordenades estan orientats aquests minerals al jaciment, el podem associar amb una època determinada.

Deposició de partícules magnètiques orientades cap al pol nord magnètic. Font: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.

Aquesta datació s’utilitza en restes dipositades sobre fons argilosos i com el pol nord magnètic ha estat diverses vegades en les mateixes coordenades geogràfiques, s’obté més d’una data de datació. Segons el context del jaciment, es podran descartar algunes d’aquestes dates fins arribar a una definitiva.

DATACIÓ PER TERMOLUMINISCÈNCIA I LUMINISCÈNCIA ÒPTICA SIMULADA

Certs minerals (quars, feldspat, calcita…) acumulen modificacions en la seva estructura cristal·lina degudes a la desintegració radioactiva de l’entorn. Aquestes modificacions són acumulatives, contínues i dependents del temps d’exposició a la radiació. Quan se sotmet al mineral a estímuls externs, emet llum a causa d’aquestes modificacions. Aquesta luminiscència és molt feble i diferent segons se li apliqui calor (TL), llum visible (OSL) o infrarojos (IRSL).

Termoluminiscència de la fluorita. Foto: Mauswiesel

Només es poden datar mostres que hagin estat protegides de la llum solar o del calor a més de 500 ºC, ja que llavors es reinicia “el rellotge” en alliberar l’energia de manera natural.

RESSONÀNCIA PARAMAGNÈTICA ELECTRÒNICA (ESR)

La ESR (electro spin ressonance) consisteix a sotmetre la mostra a radiació i mesurar l’energia absorbida per la mostra en funció de la quantitat de radiació a la qual ha estat sotmesa durant la seva història. És un mètode complex del que pots obtenir més informació aquí.

REFERÈNCIES

• Carbonell, I. (coord) (2011). Homínids. Les primeres ocupacions dels continents (pg 26-37). Ariel Història.
• Coenraads, R. (2005). Roques i fòssils. Llibres cúpula.
• Tipus de fòssils
• New Word Encyclopaedia
• CENIEH – Centre Nacional d’Investigació sobre l’Evolució Humana
• Processos químics de fossilització
• Museu Virtual de Paleontologia
• Understanding evolution
• Foto de portada per Mireia Querol (Tarbosaurus)