Capítulo 1

La Paleontología y el estudio de la vida en el pasado

Francisco Sour Tovar

y Silvia Rivera O.

La historia de la vida sobre la Tierra es uno de los temas más apasionantes del saber humano. Conocer esa historia representa para el hombre indagar la verdad sobre el origen de la vida, de la diversidad de organismos que se conocen en el presente y los que existieron en el pasado y comprender con ello el origen de nuestra propia especie. La Paleontología, como ciencia que se dedica al estudio de los seres que existieron en el pasado, constituye una de las fuentes de información más rica acerca de la historia de la vida; sus estudios también aportan gran cantidad de información sobre otros aspectos de la historia de la Tierra como son eventos geológicos, cambios geográficos que se han dado a través del tiempo, climas que han existido, edad de los estratos de la corteza terrestre y ambientes sedimentarios antiguos.

Concepto de Paleontología y de fósil

Etimológicamente, el término Paleontología significa estudio de los seres antiguos; la palabra está formada por tres raíces griegas: palaios = antiguo, ontos = ser, logos = estudio. El vocablo fue acuñado por el geólogo inglés Charles Lyell en 1838 y ha sido adoptado, con ligeras variaciones, por la mayoría de los idiomas. La Paleontología como ciencia se ocupa del descubrimiento y estudio del registro fósil y con ello permite la reconstrucción de la historia de la vida sobre la Tierra.

El registro fósil está constituido por una gran variedad de evidencias de vida pretérita: restos esqueléticos, impresiones de estructuras orgánicas en rocas o sedimentos, o bien evidencias de actividad orgánica (huellas, galerías, coprolitos, entre otras) que en general son llamadas fósiles. Esta palabra derivó del vocablo latino fossilis (del verbo fodere, excavar) que se aplicaba hasta el siglo XVII a cualquier objeto desenterrado como minerales, cerámicas antiguas, cristales, fragmentos de rocas con formas llamativas y verdaderos fósiles. En el presente el concepto de fósil se define como cualquier evidencia de vida en el pasado; algunos autores agregan a la definición un límite temporal, marcando una antigüedad mínima de 10 000 años a tales evidencias para que sean consideradas como fósiles. Pensando que desde el inicio del Holoceno el hombre ha influido sobre muchas características de la Tierra, ese límite temporal que señala el fin del Pleistoceno e inicio del Holoceno, también ha sido utilizado para marcar una separación entre los estudios que se realizan en Paleontología y en Arqueología (figuras 1 y 2).

Aplicaciones de los estudios paleontológicos

Desde principios del siglo XIX los estudios paleontológicos se han caracterizado por ser no sólo descriptivos, sino por tratar de analizar en detalle a los fósiles, interpretando lógicamente sus relaciones con el ambiente en que vivieron y ubicándolos con exactitud en la escala de tiempo que se ha establecido para la historia de la Tierra. Este tipo de análisis ha propiciado que la Paleontología aporte una serie de conocimientos fundamentales en el desarrollo de diversas ciencias.

Entre esos conocimientos se encuentran aquéllos relacionados con la historia de la vida y que han influido de diversas maneras en el desarrollo y aceptación de la Teoría de la Evolución Orgánica. Dentro de esta teoría el estudio del registro fósil es de gran importancia ya que representa una fuente de información fidedigna y objetiva sobre diversos procesos evolutivos que no pueden ser observados directamente o estudiados experimentalmente en la actualidad.

Figura 1. Impresiones de conchas del braquiópodo Neospirifer dunbari preservadas sobre lutita. Su presencia ha permitido establecer la edad pensilvánica de las rocas en que se han encontrado (fotografía: Héctor Hernández Campos).

Figura 2. Icnofósiles del Paleoceno encontrados en el municipio de Xicotepec, Puebla. La estructura en forma de panal es Paleodictyon y ha sido interpretada como marcas de alimentación, al igual que la forma tubular delgada, Cosmorhaphe sinuosa. La estructura más gruesa, casi al centro, es Fucopsis angulata, una marca de locomoción. El análisis de este tipo de fósiles permite inferir condiciones paleoambientales y el comportamiento de los organismos que los formaron (fotografía: Héctor Hernández Campos).

Otro grupo de conocimientos está relacionado con la elaboración de una escala de tiempo relativo que se ha desarrollado a través del estudio del registro fósil, basándose en el hallazgo de especies que existieron durante cortos periodos y tuvieron una distribución geográfica amplia. Es decir, fósiles índice, que permiten establecer las edades relativas de los cuerpos de roca portadores o asociados a tales fósiles, ya que indican un lapso determinado de tiempo geológico (figura 3), (ver capítulo Estratigrafía).

Figura 3. Amonite del Jurásico Superior del Estado de Durango, México. Los amonites en general son uno de los grupos de invertebrados más importantes para la datación relativa de rocas sedimentarias (fotografía: Héctor Hernández Campos).

También es importante la información que brinda el registro fósil al analizar los factores ecológicos que rigen la distribución de los seres vivos y que junto con los datos que se obtienen del estudio de sedimentos, minerales y otras estructuras, hace posible establecer los paleoambientes en que se depositaron las rocas de la corteza terrestre (ver capítulo Ambientes sedimentarios).

El análisis de los factores ambientales que rigen la distribución de los organismos, normalmente no basta para explicar los grandes patrones biogeográficos. Para ello también es necesario conocer los factores históricos que han influido y determinado tales patrones. En este campo de investigación, el registro fósil representa una de las fuentes de información más importantes pues su estudio ha permitido inferir la geografía de la Tierra en el pasado y establecer los cambios en su configuración hasta llegar al presente (ver capítulo Registro fósil y biogeografía).

El obtener las edades relativas de cuerpos de rocas portadoras de fósiles o asociadas a éstas y el poder determinar el ambiente en que se depositaron, representan las dos principales aplicaciones prácticas de los estudios paleontológicos, ya que esta información es de gran importancia en la localización de diversos recursos naturales no renovables de origen sedimentario, como hidrocarburos, carbón, mantos acuíferos, zonas hidrotermales, radiolaritas, diatomita, placeres (yacimientos de sedimentos ricos en elementos de origen ígneo o metamórfico), halita, yeso y otros. En la explotación de estos recursos las edades y ambientes que indican los fósiles señalan la posible presencia de depósitos, posibilidad que normalmente se debe certificar con la aplicación de técnicas gravimétricas o sísmicas, con perforaciones u otros métodos.

Ramas de la Paleontología y ciencias auxiliares

El registro fósil es muy amplio y variado, encontrándose representantes de la mayoría de los tipos de organismos conocidos en el presente y muchos ya extintos. Por ello dentro de la Paleontología se ha desarrollado una serie de especialidades que estudian a diversos grupos taxonómicos. En el siglo XIX se postuló una división en tres grandes ramas —Paleobotánica, Paleozoología y Micropaleontología— destinadas al estudio de plantas, animales y organismos microscópicos, respectivamente; pero pensando en la existencia de grupos biológicos que no pertenecen al Reino Plantae o al Animalia y que en el pasado se agruparon en alguno de esos reinos, esta división no resulta muy precisa y los límites de cada una de ellas no son fáciles de establecer.

En la actualidad el trabajo paleontológico se lleva a cabo dentro de una serie de especialidades que se caracterizan por dedicarse a ciertos grupos taxonómicos, por utilizar técnicas particulares para la obtención o procesamiento del material fósil, o por el enfoque que se le dan a sus estudios. Ejemplo de estas ramas (que algunos autores consideran secundarias) son: la Paleontología de Vertebrados, la Paleontología de Invertebrados, la Paleobotánica, la Palinología, la Paleobiología y la Paleoecología.

La Palinología en particular es una especialidad que estudia principalmente granos de polen y esporas, pero también a todos aquellos restos orgánicos conocidos como palinomorfos que se obtienen al procesar rocas sedimentarias con técnicas diseñadas para la obtención de polen fósil. Dentro de los palinomorfos se encuentran dinoflagelados, acritarcas, restos de plantas, esporas de hongos, fragmentos de algas y otros. Para muchos autores la palinología es considerada como una rama de la Paleobotánica (figura 4).

Figura 4. Quiste de dinoflagelado del Terciario de México. Durante el proceso de separación del polen de la roca que lo contiene se llegan a obtener diversos tipos de restos orgánicos, llamados palinomorfos, y que pueden ser esporas, dinoflagelados, acritarcas, restos de materia vegetal y otros (fotografía: Héctor Hernández Campos).

La Paleobiología constituye una de las ramas de la Paleontología más amplia y abarca una serie de trabajos enfocados a interpretar, desde un punto de vista principalmente biológico, diversos aspectos de los organismos que vivieron en el pasado, como su comportamiento, su papel dentro de la comunidad en que existieron, la estructura y función de sus órganos, algunos aspectos evolutivos y otros. Con este enfoque, dentro de la Paleobiología se han creado cantidad de tipos y áreas de estudio como la Paleopatología, la Paleofisiología, la Paleoicnología (estudio de evidencias de actividad orgánica como huellas, pistas o galerías), la Paleoetología y la Paleoecología (figura 5).

La Paleoecología resalta como una especialidad al dirigir sus estudios a la interpretación de las relaciones de los organismos antiguos con su medio, a la vez que caracteriza las poblaciones antiguas con su medio y, de la misma manera, caracteriza las poblaciones fósiles con parámetros semejantes a los utilizados en estudios ecológicos de poblaciones recientes como densidad, diversidad, tasa de mortalidad, tasas de crecimiento, niveles tróficos, etcétera. La información que se obtiene con análisis paleoecológicos es de gran utilidad en la reconstrucción de ambientes sedimentarios antiguos y en la determinación de aloctonía o autoctonía de los componentes de una asociación fósil (ver capítulo Tafonomía).

Figura 5. Pisadas de tres homínidos en la región de Laetoli, Tanzania. Uno de ellos caminó sobre las huellas del mayor. Perpendiculares a estas pisadas es posible ver las huellas de un caballo primitivo. A partir de estos icnofósiles (que se han datado en 3.6 millones de años) se sabe que en este tiempo ya se había alcanzado la posición bípeda en el linaje del hombre. También se ha interpretado el tamaño de los individuos, quienes debieron medir no más de 1.40 metros (fotografía tomada de Reader, J. 1982).

Relación de la Paleontología con otras ciencias

Dado lo amplio y variado que es el campo de estudio de los seres antiguos, la Paleontología, como cualquier actividad científica, necesita recurrir a técnicas y conocimientos de otras ciencias. Por ejemplo, utiliza métodos de análisis químicos y físicos para obtener información acerca de la composición y estructura de las rocas fosilíferas, para determinar edades absolutas a través de isótopos radioactivos o para obtener datos paleoambientales a partir de ciertos compuestos o elementos químicos. Otro ejemplo lo constituyen los análisis matemáticos o estadísticos utilizados en la descripción de poblaciones fósiles.

Existiendo relaciones de la Paleontología con la mayoría de las ciencias, se debe resaltar que es considerada como una ciencia frontera entre las ciencias de la Tierra y las ciencias biológicas, debido a que existen áreas de la Biología y la Geología que le son de enorme utilidad.

Entre las áreas geológicas que más apoyo dan a la Paleontología, sobresalen la Estratigrafía, que permite establecer la edad y las secuencias de los estratos de roca que portan fósiles, la Sedimentología que se encarga de describir diversos aspectos de los sedimentos asociados y la Petrografía que estudia todas las características de las rocas.

Cabe mencionar que todos los avances que se desarrollan en Biología, sobre Zoología, Botánica, Genética, Embriología, Ecología, Sistemática o cualquier otra área, repercuten directamente en una mejor comprensión sobre las características del registro fósil y sus implicaciones. Sin embargo, los conocimientos de cada área en particular son utilizados con mayor frecuencia dependiendo del tipo de estudio paleontológico. Así, los estudios botánicos y zoológicos son primordiales para las investigaciones paleobotánicas y paleozoológicas respectivamente.

Historia de la Paleontología

El significado de los fósiles

A pesar de que diversos tipos de fósiles como el petróleo, carbón, ámbar, conchas y maderas, fueron y son utilizados comúnmente en actividades industriales, artísticas, rituales o en la construcción, su verdadera naturaleza no fue bien entendida hasta finales del siglo XVII.

Los antiguos griegos, entre los siglos VI y IV a. C. fueron los primeros en establecer una relación entre los fósiles y los seres vivientes, pero muchas de sus ideas se encuentran mezcladas con creencias o interpretaciones mitológicas. Anaximandro de Mileto, por ejemplo, escribe sobre el posible origen de los animales a partir de la evaporación del líquido elemental y dice que los hombres surgieron al nacer de las entrañas de tiburones y ser criados por ellos mismos. Esta idea enmarca una filosofía no creacionista que reina entre los griegos del puerto de Mileto en donde otros filósofos como Jenófanes de Colofón, Herodoto y Empédocles, hacen mención, en diversos trabajos, del hallazgo de restos de animales marinos en zonas continentales e interpretan estos hallazgos como producto de fluctuaciones en los niveles del mar.

Desgraciadamente las ideas no creacionistas de los griegos jónicos fueron abandonadas a mediados del siglo III a. C. y reemplazadas por ideas muy diversas, muchas de ellas fantásticas y exóticas. Este abandono se atribuye en gran medida a las ideas de Aristóteles quien, a pesar de las grandes contribuciones que hizo a la Biología y otras ciencias, interpretó a los fósiles como simples curiosidades de la naturaleza de origen inorgánico.

Durante la Edad Media y hasta el siglo XVII predominó un pensamiento aristotélico, y existió un ambiente cultural lleno de creencias y leyendas mitológicas en el que los fósiles se agruparon con el nombre de fossilia, que significa enterrado, al lado de minerales y otras estructuras con formas geométricas, raras o llamativas, de orígenes muy diversos y que se encuentran incluidas en las rocas. Estas formas eran vistas como curiosidades de la naturaleza, flores crecidas en las rocas o formas naturales a las que les habría faltado alguna sustancia vital o un soplo divino para alcanzar la condición de viviente. Acompañando esporádicamente a estas ideas, se dieron explicaciones más cercanas a la realidad como las de Leonardo da Vinci (S. XVI) quien se opuso a las ideas del monje Ristoro d’Arezzo, quien en el siglo XIII tenía la creencia de que los fósiles de origen marino encontrados sobre los continentes eran la prueba del gran diluvio bíblico. Da Vinci, por el contrario, opinó que tales fósiles simplemente demostraban cambios periódicos en el nivel del mar.

Durante este periodo histórico sobresale la obra de Conrado Gesner, quien en 1565 publicó la primera obra, una iconografía, en donde se ilustran y describen diversos ejemplares de verdaderos fósiles mezclados con objetos de origen inorgánico.

En este ambiente, en 1669, el danés Nikolaus Steno publicó el libro titulado De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus (Discurso introductorio acerca de un cuerpo sólido naturalmente contenido en el seno de un sólido), obra en la que por primera vez se estableció una discusión acerca de la clasificación de los fósiles. Steno llamó sólido dentro del seno de otro sólido a las estructuras llamadas fossilia y logró vislumbrar una separación entre la naturaleza y el origen de esas estructuras, postulando dos ideas básicas para su estudio y clasificación. El primer postulado dice que los fossilis constituyen una categoría coherente de estudio y el segundo propone una subdivisión para agruparlos de acuerdo con la causa que los originó. Para realizar esta última subdivisión propuso los principios del moldeado y el de la alta similitud.

El primer postulado evolucionó hacia una serie de principios geológicos, como los que establecen que una intrusión ígnea o las venillas de calcita forzosamente son más modernas que las rocas que atraviesan. El segundo principio estableció el método de encontrar en el presente estructuras idénticas o lo más parecido posible a los fossilia y con ello determinar su origen.

La figura 6 representa una ilustración del siglo XVI, elaborada por el italiano Mercati y utilizada por Steno para ejemplificar la comparación entre una serie de fossilia llamadas comúnmente glossopetra y dientes de tiburones actuales. A partir de esta comparación se estableció que las glossopetra eran realmente dientes de tiburón fosilizados y no estructuras de origen inorgánico.¹

Análisis semejantes favorecieron el inicio de la discusión sobre la naturaleza y cualidades de los organismos fósiles, separándolos de las estructuras de origen inorgánico y logrando, en el siglo XVII, establecer y generalizar la idea de que son evidencias de la existencia de seres vivos en el pasado. Sin embargo, y dado que hasta mediados del siglo XIX no existe ninguna idea aceptada sobre la evolución orgánica, los fósiles fueron considerados simplemente como representantes de especies sin relación alguna con otras -preexistentes o actuales— o como restos de especies extintas o no conocidas por el hombre por existir en lugares inexplorados. (figura 6).

Figura 6. Dibujo realizado por el italiano Mercati en el siglo XVI y que fue utilizado por N. Steno para ilustrar la comparación entre las llamadas glossopetras y los dientes de tiburones actuales. Este tipo de comparaciones permitió establecer el origen orgánico de los fósiles.

El desarrollo de la Estratigrafía y el concepto de tiempo geológico

Otra aportación de Steno hacia la Paleontología es la postulación de sus tres famosas leyes que hacen referencia a cómo interpretar secuencias estratigráficas. La primera de ellas se conoce como la ley de la horizontalidad original y señala que los sedimentos normalmente se depositan formando capas horizontales y que en algunos