Los fósiles típicamente preservan la porción del organismo que estaba mineralizada, por ejemplo, los dientes y huesos de los vertebrados o los exoesqueletos de los invertebrados. También pueden preservar marcas dejadas por el organismo mientras vivía, como huellas. Las bacterias no tienen dientes, ni huesos, ni exoesqueletos, pero ¿puede haber fósiles de bacterias?

Los estromatolitos son los fósiles más antiguos que se conocen

Hace unos días, en el Museo de Ciencias Universidad de Navarra, me enseñaron un estromatolito, uno de los fósiles más antiguos que existen, del Precámbrico, la edad geológica que va desde que se formó la Tierra hasta hace unos 540 millones de años. 

Estromatolito fósil de hace unos mil millones de años (fecha aproximada). Museo de Ciencias Universidad de Navarra.

Hoy en día podemos encontrar estromatolitos en algunas costas litorales. Su aspecto son como estructuras rocosas de distintas formas y tamaños que aparecen en aguas salinas poco profundas. No son muy comunes. Se han encontrado en la costa oeste de Australia, en algunas lagunas o lagos salados en las Bahamas, México, Chile, Brasil y en el Mar Rojo. A simple vista son estructuras minerales, rocosas, finamente estratificadas, como en capas.

Estromatolitos modernos en la bahía de Shark en Hamelin, Australia.

Los estromatolitos actuales

Pero si nos fijamos bien y los examinamos al microscopio podemos distinguir muchas capas superpuestas en finas láminas apiladas unas sobre otras en las que sólo la capa más superficial contiene organismos vivos. En realidad estas rocas son el resultado de la unión de comunidades microbianas, que viven en mares cálidos y en aguas poco profundas. Las rocas se forman muy
lentamente, capa sobre capa, al morir las células de una capa, depositan carbonato cálcico y otros sedimentos sobre la capa anterior y se formar sobre ellas una nueva capa viva.

Los estromatolitos son, por tanto, estructuras minerales laminadas de origen biológico, finamente estratificadas originados por la producción, captura y fijación de partículas carbonatadas por parte de comunidades de microbios, principalmente cianobacterias.

Anabaena, un tipo de cianobacteria fotosintética.

Las cianobacterias son bacterias fotosintéticas que liberan oxígeno, fijan el CO₂ atmosférico y forman carbonatos que, al precipitar, dan lugar a la formación de los estromatolitos. Además de las cianobacterias, en los estromatolitos actuales se pueden encontrar otras bacterias, como bacterias verdes no sulfurosas, algas verdes y diatomeas, hongos y otros seres vivos que pueden llegar a calcificar dentro de la estructura. Son por tanto comunidades laminares de microorganismos que forman tapetes microbianos.

Los estromatolitos son estructuras rocosas laminares de origen biótico.

Estromatolitos fósiles

Pero además, los estromatolitos pueden fosilizar. De hecho hay estromatolitos fósiles de todas las épocas geológicas y fueron muy abundantes hace entre 3.400 y 2.400 millones de años, hasta hace unos 700 millones de años, fecha en la que en su mayoría desaparecieron bruscamente. Los estromatolitos más antiguos se han encontrado en Warrawoona (Australia) y tienen unos 3.500 millones de años. Aunque el año pasado se describieron otros en Groenlandia de hace 3.700 millones de años de antigüedad. Son, probablemente, la evidencia de vida
más antigua que se conoce en la Tierra.

Las bacterias en sí mismas no fosilizan, pero si las
estructuras de carbonato cálcico que producen, los estromatolitos

Otro hallazgo interesante es el de hace unos años en la cueva de El Soplao (Cantabria) de unos estromatolitos fósiles muy curiosos. Acabamos de decir que los estromatolitos están formados por la actividad de las cianobacterias fotosintéticas, entonces, ¿cómo es posible que se formen estromatolitos en una cueva en oscuridad total? Los estromatolitos de El Soplao son de color negro, están formados principalmente por óxidos de manganeso, y no por carbonato cálcico como es lo habitual. Estos estromatolitos se formaron hace más de 1 millón de años en un antiguo río subterráneo. El manganeso disuelto en el agua del río fue aprovechado por un tipo especial de microbios especializados en oxidar
el manganeso. Estas bacterias son quimiolitotrófas capaces de sintetizar su materia orgánica oxidando el manganeso. Este descubrimiento de El Soplao sugiere que los estromatolitos más antiguos se formaron muy probablemente por la actividad de este tipo de bacterias y no por las cianobacterias.

Hubo estromatolitos durante un millón de años antes de la
aparición de las cianobacterias

Cortes de distintos estromatolitos fósiles. Fuente: referencia 2.

Como hemos dicho, los estromatolitos fósiles más antiguos son de hace unos 3.500-3.700 millones de años y las primeras cianobacterias son muy posteriores de hace unos 2.700 millones de años. Las cianobacterias llevan a cabo una fotosíntesis similar a la de las plantas, con producción de oxígeno. De
hecho sabemos que el oxígeno que respiramos se originó por el metabolismo de las cianobacterias. Por tanto, el ambiente sobre la Tierra hace 3.500 millones de años era un ambiente reductor, anaerobio, sin oxígeno. Los primeros estromatolitos fósiles se debieron formar por la actividad no de las
cianobacterias si no de otro tipo de microorganismo anaerobio con un metabolismo reductor de metales como el hierro o el manganeso o que realizaban una fotosíntesis más sencilla sin producción de oxígeno, como las bacterias filamentosas fotosintéticas no productoras de oxígeno, del tipo de las
bacterias verdes o rojas del azufre (1).

Conclusión: las bacterias en sí mismas no fosilizan, pero si
lo hacen las estructuras  que se generan
por la acción de su metabolismo, los estromatolitos

Aquí te dejo el video de #microBIOscope sobre «¿Existen bacterias fósiles?»

También te puede interesar el descubrimiento de nuevos microfósiles de hace más de 3.770 millones de años, quizás hasta hace 4.280 millones de años. Lo explica AQUÍ muy bien @emulenews.

Fósiles del Museo de Ciencias Universidad de Navarra.

¿Cómo se forma un fósil?

Existen diferentes procesos físicos y químicos por los cuales se crean los fósiles. El proceso más común es el de mineralización o petrificación. Cuando el animal muere, sus restos orgánicos desaparecen y permanecen los más sólidos, como dientes, hueso y conchas. Después de desintegrarse los tejidos blandos, los minerales de aguas subterráneas se filtran en las partes duras del organismo, cristalizan y causan que los restos se endurezcan y se petrifiquen o se convierten en piedra.

Otro proceso de fosilización es la carbonización. El calor y la presión al ser enterrados por el sedimento pueden causar que los tejidos de los organismos liberen las sustancias volátiles (oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, principalmente), dejando una película o residuo de carbono. Esta forma de fosilización ocurre más frecuentemente en estructuras formadas de lignina, quitina, celulosa o queratina.

Los fósiles también se pueden formar a partir de moldes y vaciados. Si un organismo se disuelve completamente en una roca sedimentaria, puede dejar una impresión de su forma externa en la roca, como un molde externo del organismo. El organismo es cubierto por materiales que se convierten en roca, conservando las hendiduras y texturas del animal que murió. También se puede formar un molde interno cuando los sedimentos de minerales llenan la cavidad interna de un organismo, como una concha, y los restos se disuelven. El cadáver se descompone y los materiales se petrifican tomando la forma de la concha, formando un molde interno.

La congelación, el secado y el recubrimiento alquitrán o resina, pueden crear fósiles que preservan los tejidos corporales. Estos fósiles representan a los organismos tal como eran cuando estos vivían, pero es necesario que el animal quede atrapado en un material impermeable y resistente a la descomposición, como el ámbar o el hielo.

(1) A Proposal for Formation of Archaean Stromatolites before the Advent of Oxygenic Photosynthesis. John F. Allen. 2016. Front Microbiol. 7: 1784. doi: 10.3389/fmicb.2016.01784

(2) Fossil evidence of Archaean life. J. W. Schopf. 2006. Phil. Trans. R. Soc. B, 361 (1470): 869-885. doi: 10.1098/rstb.2006.1834

Burbujas de oxígeno de hace 1.600 millones de años

Mira esta fotografía. ¿Sabes lo qué es?

Según los autores (1) esas estructuras globulares son burbujas de gas atrapadas hace unos 1.600 millones de años en un estromatolito fósil formado por tapetes microbianos de cianobacterias. Cada “burbuja” mide entre 150-200 micras.

En este trabajo han analizado los estromatolitos de la formación Chitrakoot (en el centro de India) de la época del Paleoproterozoico, la primera era geológica de las tres que componen el Eón Proterozoico y que comienza hace 2.500 millones de años y termina hace 1.600 millones de años durando 900 millones de años. Es en esta era cuando los continentes se estabilizaron por primera vez y se produjo la Gran Oxidación. Según los autores esas pequeñas estructuras corresponden a las burbujas de oxígeno que desprendieron las cianobacterias que realizaban una fotosíntesis muy activa hace millones de años. En esta otra fotografía se muestran esas mismas estructuras vistas con un
microscopio electrónico de barrido.

La Gran Oxidación, también llamado Catástrofe o Crisis de Oxígeno, fue un cambio medioambiental excepcional que ocurrió en nuestro planeta hace alrededor de 2.400 millones de años. ​Desde que se originó la vida en la Tierra (hace unos 3.800 millones de años) hasta ese momento, el ambiente terrestre era anaerobio, sin oxígeno, reductor. Es decir, durante los primeros 1.400 millones de años la vida fue sin oxígeno. Los primeros microorganismos fotosintéticos realizaban una fotosíntesis anoxigénica, en la cual no se desprende oxígeno, tal como hacen en la actualidad las bacterias verdes y púrpuras.

El oxígeno que respiramos se originó por el metabolismo de las cianobacterias

¿De dónde proviene el oxígeno que cubre actualmente la superficie terrestre? La hipótesis más aceptada es que un tipo de bacterias ancestrales desarrollaron una nueva capacidad metabólica: realizar una fotosíntesis oxigénica con producción de oxígeno molecular (O₂), como la que realizan actualmente las plantas y algas verdes. Estas bacterias, denominadas cianobacterias, aparecieron hace unos 2.800 millones de años. La emisión de oxígeno se fue acumulando y provocó una auténtica crisis ecológica, la extinción masiva de gran parte de la biodiversidad microbiana de la época, para la que el oxígeno le era tóxico. [La aparición del oxígeno debió ir acompañada de la aparición de nuevos sistemas enzimáticos para neutralizar las formas tóxicas del oxígeno: catalasa, superóxido dismutasa, …].

¿Y existen fósiles de aquella época en la que solo existían microbios? Pues si: los estromatolitos. Son estructuras minerales laminadas de origen biológico, finamente estratificadas originados por la producción, captura y fijación de partículas carbonatadas por parte de comunidades de microbios, principalmente cianobacterias. Su aspecto a simple vista es como si fueran una roca, pero si nos fijamos bien y los examinamos al microscopio podemos distinguir muchas capas superpuestas en finas láminas apiladas unas sobre otras en las que sólo la capa más superficial contiene organismos vivos. En realidad estas rocas son el resultado de la unión de comunidades microbianas, que viven en mares cálidos y en aguas poco profundas. Las rocas se forman muy lentamente, capa sobre capa, al morir las células de una capa, depositan carbonato cálcico y otros sedimentos sobre la capa anterior y se formar sobre ellas una nueva capa viva.

Las cianobacterias son bacterias fotosintéticas que liberan oxígeno, fijan el CO₂ atmosférico y forman carbonatos que, al precipitar, dan lugar a la formación de los estromatolitos. Además de las cianobacterias, en los estromatolitos actuales se pueden encontrar otras bacterias, como bacterias verdes no sulfurosas, algas verdes y diatomeas, hongos y otros seres vivos que pueden llegar a calcificar dentro de la estructura. Son por tanto comunidades laminares de microorganismos que forman tapetes microbianos.

Los estromatolitos son los fósiles más antiguos que se conocen

Pero además, los estromatolitos pueden fosilizar. De hecho hay estromatolitos fósiles de todas las épocas geológicas y fueron muy abundantes hace entre 3.400 y 2.400 millones de años, hasta hace unos 700 millones de años, fecha en la que en su mayoría desaparecieron bruscamente. Los
estromatolitos más antiguos se han encontrado en Warrawoona (Australia) y tienen unos 3.500 millones de años. Aunque recientemente se han descrito otros en Groenlandia de hace 3.700 millones de años de antigüedad. Son, probablemente, la evidencia de vida más antigua que se conoce en la Tierra.

Los descritos en esta publicación (1) son de hace unos 1.600 millones de años, pero lo curioso es que contienen los huecos que dejaron burbujas de oxígeno que produjeron las cianobacterias. Puede ser la evidencia fósil más antigua de aquella Gran Oxidación que cambió por completo la superficie terrestre.

(1) Evidence of oxygenic phototrophy in ancient phosphatic stromatolites from the Paleoproterozoic Vindhyan and Aravalli Supergroups, India.
Sallstedt T, y col. Geobiology. 2018. 16(2):139-159. doi: 10.1111/gbi.12274.

El planeta Tierra tiene aproximadamente unos 4.500 millones de años. Se cree que la primera forma de vida celular debió surgir hace unos 3.800 millones de años. Pero, ¿tenemos registro fósil de esa época?. Casi.

Los estromatolitos son masas microbianas compuestas por capas de bacterias filamentosas y cianobacterias asociadas con sedimentos de carbonato cálcico formando lo que se denomina tapetes microbianos, estructuras estratificadas de forma laminar. Su aspecto es de rocas o piedras en capas (el término estromatolito significa en griego eso: «capas de piedras»). Se forman a lo largo del tiempo por la actividad de distintos tipos de microorganismos. Se han encontrado algunos estromatolitos fósiles, la mayoría en Australia y Sudáfrica. El más antiguo se encontró en la región de Pilbara
(Australia) en 1980 de hace 3.496 millones de años (1).

 Estromatolitos modernos en la bahía de Shark en Hamelin, Australia.

Los fósiles más antiguos: estromatolitos de hace unos 3.500 millones de años

Probablemente los estromatolitos fósiles más antíguos estarían formados por células muy semejantes a bacterias filamentosas protótrofas anoxigénicas (fotosintéticas no productoras de oxígeno), del tipo de las bacterias verdes no del azufre (las cianobacterias, que llevan a cabo una fotosíntesis con producción de oxígeno, son posteriores, de hace unos 2.700 millones de años).

Cortes de distintos estromatolitos fósiles. Fuente: referencia 2.

Fotografías y dibujos de microfósiles en secciones petrográficas
de estromatolitos. Se observan estructuras filamentosas, parecidas a las
actuales cianobacterias, y unicelulares con formas de bacilos y cocos, de
tamaños similares a las bacterias actuales (unas pocas micras). Fuente:
referencia 2.

Es muy probable, por tanto, que desde los primeros momentos de la historia de la Tierra, las bacterias y las arqueas habrían desarrollado una enorme diversidad metabólica y morfológica.

(1) Stromatolites 3,400–3,500 Myr old from the North Pole area, Western Australia. M. R. Walter, y col. 1980. Nature, 284, 443-445. doi:10.1038/284443a0

(2) Fossil evidence of Archaean life. J. W. Schopf. 2006. Phil. Trans. R. Soc. B, 361 (1470): 869-885. doi: 10.1098/rstb.2006.1834