Magnetofósil

Los magnetofósiles son restos fósiles de partículas magnéticas producidas por bacterias magnetotácticas (magnetobacterias) y conservadas en el registro geológico . Los magnetofósiles más antiguos y definitivos, formados por el mineral magnetita, provienen de los estratos de creta del Cretácico del sur de Inglaterra, mientras que los informes sobre magnetofósiles, considerados poco fiables, se extienden en la Tierra hasta el sílex de Gunflint , de 1900 millones de años de antigüedad ; también podrían incluir el meteorito marciano ALH84001, de cuatro mil millones de años de antigüedad .

Los organismos magnetotácticos son procariotas , y solo se ha informado de un ejemplo de magnetofósiles gigantes , probablemente producidos por organismos eucariotas . ^{[ 1 ]} Las bacterias magnetotácticas, origen de los magnetofósiles, son bacterias productoras de magnetita (Fe ₃ O ₄ ) o greigita (Fe ₃ S ₄ ) que se encuentran tanto en ambientes de agua dulce como marinos. Estas bacterias magnetotácticas productoras de magnetita se encuentran en la zona de transición óxico -anóxica, donde las condiciones son tales que los niveles de oxígeno son menores que los que se encuentran en la atmósfera ( microaerófilas ). ^{[ 2 ]} En comparación con las bacterias magnetotácticas productoras de magnetita y los magnetofósiles subsiguientes, se sabe poco sobre los ambientes en los que se crean los magnetofósiles de greigita y las propiedades magnéticas de las partículas de greigita preservadas.

La existencia de bacterias magnetotácticas se sugirió por primera vez en la década de 1960, cuando Salvatore Bellini de la Universidad de Pavía descubrió bacterias en una turbera que parecían alinearse con las líneas del campo magnético de la Tierra . ^{[ 3 ]} Tras este descubrimiento, los investigadores comenzaron a pensar en el efecto de las bacterias magnetotácticas en el registro fósil y la magnetización de las capas sedimentarias .

La mayor parte de la investigación se ha centrado en ambientes marinos, ^{[ 4 ]} aunque se ha sugerido que estos magnetofósiles pueden encontrarse en sedimentos terrestres (derivados de fuentes terrestres). ^{[ 5 ]} Estos magnetofósiles se encuentran a lo largo de todo el registro sedimentario y, por lo tanto, están influenciados por la tasa de deposición. Los episodios de alta sedimentación, que no se correlacionan con un aumento en la producción de magnetobacterias y, por ende, de magnetofósiles, pueden disminuir drásticamente las concentraciones de magnetofósiles, aunque no siempre es así. Un aumento en la sedimentación suele coincidir con un aumento de la erosión del suelo y, por consiguiente, con un aumento en la abundancia de hierro y el suministro de nutrientes.

En las bacterias magnetotácticas, los cristales de magnetita y greigita se biosintetizan ( biomineralizan ) dentro de orgánulos llamados magnetosomas . Estos magnetosomas forman cadenas dentro de la célula bacteriana y, al hacerlo, proporcionan al organismo un dipolo magnético permanente. El organismo lo utiliza para la navegación geomagnética, para alinearse con el campo geomagnético de la Tierra ( magnetotaxis ) y para alcanzar la posición óptima a lo largo de gradientes químicos verticales.

Cuando un organismo muere, los magnetosomas quedan atrapados en los sedimentos. En las condiciones adecuadas, principalmente si las condiciones redox son correctas, la magnetita puede fosilizarse y, por lo tanto, almacenarse en el registro sedimentario. ^{[ 5 ]} La fosilización de la magnetita (magnetofósiles) dentro de los sedimentos contribuye en gran medida a la magnetización remanente natural de las capas sedimentarias. La magnetización remanente natural es el magnetismo permanente que permanece en una roca o sedimento después de su formación.

Las bacterias magnetotácticas utilizan hierro para crear magnetita en los magnetosomas. Como resultado de este proceso, el aumento de los niveles de hierro se correlaciona con una mayor producción de bacterias magnetotácticas. Los aumentos en los niveles de hierro se han asociado durante mucho tiempo con períodos hipertérmicos ^{[ 6 ]} (períodos de calentamiento, generalmente entre 4 y 8 grados Celsius) en la historia de la Tierra. Estos eventos hipertérmicos, como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno o el Período Cálido del Holoceno (PCH), estimularon una mayor productividad en foraminíferos planctónicos y bentónicos, ^{[ 6 ]} lo que a su vez, resultó en mayores niveles de sedimentación. Además, un aumento de la temperatura (como el del PCH) también puede estar asociado con un período húmedo. Estas condiciones cálidas y húmedas fueron favorables para la producción de magnetofósiles debido a un mayor suministro de nutrientes en un período de calentamiento posglacial durante el PCH. Como resultado, este período muestra un aumento en la concentración de magnetofósiles. Utilizando este aumento de concentración, los investigadores pueden usar magnetofósiles como indicador de un período de temperaturas relativamente altas (o bajas) en la historia de la Tierra. La datación de estas rocas puede proporcionar información sobre el período de este cambio climático y puede correlacionarse con otras formaciones rocosas o ambientes de deposición en los que el clima de la Tierra en ese momento podría no haber sido tan claro. El envejecimiento de los sedimentos y la disolución o alteración de la magnetita presentan problemas para proporcionar mediciones útiles, ya que la integridad estructural de los cristales puede no conservarse. ^{[ 2 ]}

Los magnetofósiles no solo se estudian por sus indicadores paleoambientales o paleoclimáticos. Como se mencionó anteriormente, los magnetofósiles poseen una magnetización remanente al formarse. Es decir, la magnetita (o greigita) se alinea en la dirección del campo geomagnético. Los cristales de magnetita pueden considerarse como un imán simple con un polo norte y un polo sur; esta orientación norte-sur se alinea con los polos magnéticos norte-sur de la Tierra. Estos fósiles quedan enterrados en el registro geológico. Los investigadores pueden examinar estas muestras de roca en un magnetómetro remanente , donde se eliminan los efectos del campo magnético terrestre actual, para determinar la magnetización remanente, o inicial, de la muestra de roca en el momento de su formación. Al conocer la orientación de la roca in situ y la magnetización remanente, los investigadores pueden determinar el campo geomagnético de la Tierra en el momento de su formación. Esto puede utilizarse como indicador de la dirección del campo magnético o de las inversiones en el campo magnético terrestre , donde los polos magnéticos norte y sur de la Tierra se intercambian (lo que ocurre en promedio cada 450.000 años).

Existen muchos métodos para detectar y medir magnetofósiles, aunque su identificación presenta algunas dificultades. Las investigaciones actuales sugieren que los oligoelementos presentes en los cristales de magnetita ^{[ 2 ]} formados por bacterias magnetotácticas difieren de los cristales formados por otros métodos. También se ha sugerido que la incorporación de calcio y estroncio puede utilizarse para identificar la magnetita inferida de bacterias magnetotácticas. Se emplean otros métodos, como la microscopía electrónica de transmisión (TEM) ^{[ 7 ]} de muestras de perforaciones profundas y la espectroscopia de resonancia ferromagnética (FMR) ^{[ 8 ]} . La espectroscopia FMR de cadenas de bacterias magnetotácticas cultivadas, comparada con muestras de sedimentos, se utiliza para inferir la preservación de magnetofósiles a lo largo de escalas de tiempo geológicas. Las investigaciones sugieren que los magnetofósiles conservan su magnetización remanente a mayores profundidades de enterramiento, aunque esto no está completamente confirmado. Las mediciones de FMR de magnetización remanente isotérmica de saturación (SIRM) en algunas muestras, comparadas con mediciones de FMR y de precipitación tomadas durante los últimos 70 años, han demostrado que los magnetofósiles pueden conservar un registro de variaciones de paleoprecipitaciones ^{[ 9 ]} en una escala de tiempo más corta (cientos de años), lo que los convierte en un indicador paleoclimático de historia reciente muy útil. ^{[ 5 ]}

El proceso de formación de magnetita y greigita a partir de bacterias magnetotácticas y la formación de magnetofósiles se comprenden bien, aunque las relaciones más específicas, como las que existen entre la morfología de estos fósiles y el efecto sobre el clima, la disponibilidad de nutrientes y la disponibilidad ambiental, requerirían más investigación. Sin embargo, esto no altera la promesa de una mejor comprensión de la ecología microbiana de la Tierra ^{[ 9 ]} y las variaciones geomagnéticas a lo largo de una gran escala temporal que presentan los magnetofósiles. A diferencia de otros métodos utilizados para proporcionar información sobre la historia de la Tierra, los magnetofósiles normalmente deben observarse en grandes abundancias para proporcionar información útil sobre la historia antigua de la Tierra. Aunque concentraciones más bajas pueden contar su propia historia sobre el paleoclima, paleoambiente y paleoecología más recientes de la Tierra.