Esta es la cuarta parte de una serie de cinco partes escritas por expertos que aparecen en la nueva exposición Hall of Fossils-Deep Time del Smithsonian, que ahora se presenta en el Museo Nacional de Historia Natural. La serie completa puede encontrarse visitando nuestro Informe Especial sobre el Tiempo Profundo
«Ningún fósil está enterrado con su certificado de nacimiento», escribió el renombrado editor científico Henry Gee en su tratado del año 2000, En busca del tiempo profundo. Si bien es cierto, los fósiles están enterrados con multitud de pistas que nos permiten reconstruir su historia. Un conjunto de técnicas de datación absoluta ha permitido establecer la escala de tiempo de la historia de la Tierra, incluyendo la edad y el origen de la vida, el momento de las extinciones masivas y el registro de la evolución humana.
En 2013, en la región etíope de Afar, nuestro equipo de investigación descubrió una rara mandíbula fósil perteneciente a nuestro género, Homo. Para resolver el misterio de cuándo vivió este ancestro humano en la Tierra, buscamos respuestas en las capas de ceniza volcánica cercanas. Utilizando la lupa de un geólogo, podemos escudriñar cuidadosamente la ceniza en busca de minúsculos minerales que son más pequeños que una simple pizca de una galleta de azúcar y que tienen la clave para determinar la edad de un fósil.
Trabajar en esta parte de Etiopía es toda una aventura. Es una región en la que los 90 grados Fahrenheit parecen frescos, el polvo es un hecho, el agua no, y un viaje diario normal incluye carreras de avestruces y frenar para los camellos mientras forjamos caminos a través del desierto. Sin embargo, este paisaje árido y hostil es uno de los lugares más importantes del mundo para estudiar cuándo y cómo los primeros humanos empezaron a caminar erguidos, a utilizar herramientas y a adaptarse a sus cambiantes entornos.
Al principio, antes de que tuviéramos medios más precisos para datar los fósiles, los geólogos y paleontólogos se basaban en métodos de datación relativa. Se fijaban en la posición de las rocas sedimentarias para determinar el orden. Imagínese el cesto de la ropa sucia que se puso el fin de semana pasado en el fondo, pero la de hoy está en la parte superior de la pila. El concepto de las rocas sedimentarias es el mismo. Las rocas más antiguas están en el fondo y las más jóvenes 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 rocoso, para establecer edades relativas. Todavía hoy utilizamos estos métodos de datación relativa como una primera aproximación para datar fósiles antes de asignar una edad numérica, o absoluta.
¿Podemos datar fósiles reales? A veces.
Los científicos llamados geocronólogos son expertos en la datación de rocas y fósiles, y a menudo pueden datar fósiles más jóvenes de unos 50.000 años mediante la datación por radiocarbono. Este método se ha utilizado para datar todo tipo de materiales interesantes, como el arte rupestre de las cuevas y la caca fosilizada. Por desgracia, fósiles como nuestra mandíbula, así como los dinosaurios expuestos en la nueva exposición «Fossil Hall-Deep Time» del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, son demasiado antiguos para la datación por radiocarbono. En estos casos, tenemos que confiar en las propias rocas. Fechamos las rocas y, por inferencia, podemos datar los fósiles.
El primer gran reto es encontrar el tipo de rocas adecuadas para recogerlas y analizarlas en el laboratorio. Tenemos la suerte de que la región de Afar tiene horizontes de ceniza volcánica en las capas de roca sedimentaria. De hecho, justo debajo de donde se descubrió la mandíbula fósil, nuestro equipo encontró una nueva capa de ceniza volcánica que denominamos Gurumaha Tuff. La palabra gurumaha en la lengua local significa batido, un reflejo de nuestra mentalidad en los 90 grados de calor de la tarde. En cierto sentido, podemos considerar las capas de ceniza volcánica como cronómetros enterrados. Cuando el volcán entra en erupción, el cronómetro se pone en marcha, y nosotros utilizamos técnicas de datación absoluta para saber el tiempo transcurrido.
Las rocas volcánicas suelen contener minerales radiactivos de forma natural: nuestras galletas de azúcar espolvoreadas. Podemos datar estos minerales mediante técnicas basadas en la desintegración radiactiva de los isótopos, que se produce a ritmos conocidos. La medición de los isótopos suele realizarse con láseres y espectrómetros de masas y, a veces, incluso con reactores nucleares. Calculamos la edad utilizando la tasa de desintegración y las mediciones de isótopos, lo que nos da el tiempo transcurrido en nuestro cronómetro.
Datamos con éxito la Toba de Gurumaha con 2,82 millones de años de antigüedad mediante la datación del mineral naturalmente radiactivo feldespato. Dado que la mandíbula se erosionó por encima de la toba Gurumaha, debe ser más joven. Calculamos que la mandíbula tiene una antigüedad de entre 2,80 y 2,75 millones de años, lo que la convierte en el fósil más antiguo conocido de nuestro género Homo.
Los geocronólogos tienen una gran cantidad de herramientas a su disposición, pero aún así, algunas rocas y fósiles resultan difíciles de datar. Las innovaciones en los métodos de datación existentes están eliminando estas barreras. Por ejemplo, las revisiones de un método llamado resonancia de espín electrónico permiten a los científicos datar fósiles raros, como los dientes de los homínidos, porque pueden datar directamente el fósil sin dañar visiblemente el espécimen. En el Afar, los científicos están intentando datar las capas reales de las que se erosionan los fósiles, en lugar de basarse en la presencia de ceniza volcánica. Esto nos indicaría con mayor precisión la edad de las rocas que contienen fósiles y abriría nuevos yacimientos para la exploración que carecen de dichas capas.
Los fósiles abarcan un tiempo geológico que va desde cientos hasta incluso miles de millones de años y se descubren en muchos tipos de rocas y entornos. La selección de una técnica de datación adecuada es un paso fundamental para obtener una edad significativa y precisa.
Los científicos han datado fósiles encontrados en cuevas sudafricanas con una antigüedad de entre 236.000 y 335.000 años utilizando varios geocronómetros diferentes, incluida la luminiscencia estimulada ópticamente, una herramienta que permite calcular la última vez que los sedimentos de las cuevas estuvieron expuestos a la luz. Otro método habitual, la datación por plomo-uranio, se basa en la desintegración radiactiva del uranio y puede utilizarse para datar rocas que contienen los fósiles más antiguos conocidos en la Tierra: ¡más de 3.500 millones de años! Para ponerlo en contexto, la edad de la Tierra es de 4.540 millones de años, pero nuestra especie sólo existe desde hace aproximadamente 300.000 años.
La edad de la Tierra y el origen de la vida son casi insondables, pero la nueva Sala del Tiempo Profundo del Smithsonian está diseñada 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 fundamental para lo que entendemos por tiempo profundo. El propósito de la geocronología -datar rocas y fósiles- es entrelazar las fechas que obtenemos para contar la extraordinaria historia del tiempo profundo de la Tierra.