Noticia Nº32: Ámbar del Cretácico, moléculas, ictiosaurios y cambio climático

La composición molecular del ámbar siempre ha sido mucho menos estudiada que los restos paleontólogicos que contiene, para los que el ámbar es el perfecto sarcófago y ha posibilitado la preservación con increíble nivel de detalle de insectos y otros seres que vivieron hace millones de años. Sin embargo, la composición aporta pistas importantes acerca de los árboles que generaron la resina original y los procesos que tienen lugar durante el largo tiempo que la resina queda sepultada en los sedimentos, durante el cual se transforma en el ámbar. Por ejemlo, la composición química del ámbar en España traza el triste final de los grandes bosques tropicales del Cretácico, que desaparecieron probablemente durante un periodo de cambio climático y extinciones que llamamos la crisis del Cenomaniense-Turoniense, tras el cual un nuevo tipo de árbol comienza a poblar  la Península Ibérica: los pinos.

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Los impresionantes restos de insectos atrapados en ámbar han fascinado siempre a los investigadores. Aquí, un ala de insecto atrapada en el ámbar de Álava.

El ámbar no es un mineral y una de las razones de que no lo sea es su falta de homogeneidad química. A diferencia de los minerales, que tienen una composición química definida, el ámbar es una mezcla de más de 700 moléculas orgánicas retenidas en una matriz polimérica, semejante a los plásticos artificiales. Éstas moléculas incluyen restos de la resina original, formada hace millones de años, y sus productos de transformación.  Cada ámbar tiene una huella química específica, que depende del árbol de origen y de los procesos que tuvieron lugar tras la sedimentación.

Aspecto que pudieron tener los bosques cretácicos de la zona Vasco-Cantábrica. Grandes coníferas, que formaron las enormes piezas de ámbar encontradas, helechos, dinosaurios e insectos

La Península Ibérica es rica en yacimientos de ámbar, en su mayoría de edad Cretácica. Son ámbares formados por la fosilización de resinas de árboles que vivieron hace de 93 a 110 millones de años. Gran parte de éstos depósitos de ámbar se distribuyen en lo que fue la línea de costa durante el Cretácico, formando una banda desde Asturias hasta Teruel. Los depósitos de ámbar de esta banda dejan de formarse abruptamente al final del Cenomaniense, coincidiendo con un cambio climático que alteró los ecosistemas y provocó la desaparición de algunos grandes reptiles relacionados con los Dinosaurios, como los Ictiosaurios.

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Ambar de El Soplao (Cantabria), observado in situ, con su característico color azul, que se pierde tiempo después de la extracción.
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El ámbar puede llegar a tener un tamaño considerable…
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Ámbar del cretácico alavés utilizado en nuestro estudio.
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Ambar cretácico observado con luz ultravioleta. La transformación de las biomoléculas en la resina original en hidrocarburos aromáticos (proceso de diagénesis) confiere al ámbar una intensa fluorescencia, tanto mayor y mas azulada cuanto mas antiguo es el ámbar y más profunda es la diagénesis.

Hace ya algo más de 5 años emprendí el estudio de la quimiotaxonomía (es decir, el estudio de cómo varía la composición química de un organismo en función de la especie) del ámbar español en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) y tuve que trasladar la investigación a USA debido a los recortes en Ciencia. El inicio de mi interés en el ámbar vino por el descubrimiento del yacimiento de ámbar de El Soplao-Rábago (Cantabria) por dos amigas y excelentes geólogas, Idoia Rosales y María Najarro. En ese momento yo estaba poniendo en marcha una línea de investigación en Geoquímica Orgánica aplicada a la Astrobiología, destinada a encontrar huellas moleculares de vida pasada, como pistas para conocer su evolución. Asi que me enviaron muestras para tratar de identificar biomarcadores de las plantas que originaron la resina e identificar el árbol original, viendo si era coherente con los abundantes restos fósiles de plantas.

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Una de las descubridoras, en el yacimiento de ámbar de El Soplao.
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Abundantes restos fósiles de coníferas y antecesores de los actuales ginkgos suelen acompañar al ámbar en sus depósitos, formados en zonas de “baja energía” donde se dió acumulación de hojas y resina en los antiguos bosques cretácicos.
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No sólo de moléculas vive uno. Encontré esta araña, sepultada en la resina fósil durante 100 millones de años, durante las visitas a los yacimientos de ámbar.

Ahora, con la colaboración del Museo de Ciencias Naturales de Álava, hemos descubierto una nueva molécula en el ámbar del yacimiento de Peñacerrada (Álava), que hemos bautizado como ambereno. El ambereno es la molécula más abundante en los ámbares cretácicos de la Cuenca Vasco-Cantábrica. Es un hidrocarburo aromático formado a partir de componentes de la resina original llamados terpenos. Una vez extraído del ámbar, el ambereno es un aceite de color amarillento y olor característico, entre ámbar y combustible Diesel, que no es desagradable.

 

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Ambereno parcialmente purificado, extraído de ámbar de Peñacerrada (Alava)

 

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Aspecto de un análisis típico de ámbar cretácico y nuevas moléculas identificadas.

La identificación del ambereno posibilitó que definieramos una familia de moléculas relacionadas. Estas moléculas llamadas biomarcadores, o sea, moléculas de origen biológico que se encuentran en muestras geológicas y que aportan información sobre la vida del pasado, son específicas del ámbar del Cretácico formado por árboles que vivieron en zonas costeras.  Es posible que el ambereno esté relacionado con árboles antecesores de las Coníferas actuales, posiblemente de la familia Cheirolepidiaceae, un antecesor extinto de los actuales cipreses. El estudio de su distribución en los ámbares apunta a dos ecosistemas diferenciados en los bosques cretácicos: uno, en la zona de Cantabria-Asturias, en el que el ámbar se formó a partir de resina de Cheirolepidiaceae, y otro,  en los yacimientos del País Vasco y Teruel, formado en bosques dominados por antecesores de las actuales araucarias.

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Distribución de yacimientos de ámbar estudiados en la Península Ibérica. Obsérvese como la mayoría (excepto el 4, ámbar de pináceas turonienses de Madrid) se distribuyen en lo que fué la línea de costa durante el Cretácico.

Con los datos actuales, sabemos que los ámbares con contenido en ambereno dejaron de formarse en la crisis biológica del Cenomaniense-Turoniense, hace 93 millones de años. Esta crisis fué un periodo de extinción masiva asociado a un cambio climático con alto efecto invernadero, anoxia y acidificación marina, que hizo que desaparecieran unos reptiles relacionados con los dinosaurios: los ictiosaurios. Tal vez el ambereno constituya una pista acerca de la desaparición de los árboles de la familia Cheirolepidiaceae y los grandes bosques cretácicos del norte de la Península Ibérica. Tras éste periodo de extinción, nuevos árboles poblaron la Península: los pinos (o sus antecesores). Así, el ámbar de Soto del Real (Madrid), de edad Turoniense, se formó a partir de resinas de pinos que crecieron en el nuevo clima de la Península Ibérica, no quedando ni rastro de los árboles que formaron los densos bosques tropicales anteriores.

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Ámbar de Soto del Real (Madrid). Este ambar, de edad Turoniense, carece de ambereno y procede de resinas de pino. Como es habitual, es imposible distinguir esto a simple vista, requiriéndose complejos análisis.

La composición del ámbar, entonces, nos está hablando de la evolución de los ecosistemas hace millones de años, con unos bosques desapareciendo y otros distintos sustituyéndoles. El estudio de las moléculas de la familia del ambereno tiene también una aplicación en arqueología, y nosotros lo hemos utilizado para ayudar a trazar el depósito de origen en objetos de ámbar encontrados en asentamientos prehistóricos, lo que contribuye a conocer antiguas rutas de desplazamiento y comercio.

El texto íntegro del trabajo que hemos publicado puede consultarse en http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0146638015002429 o solicitarse copia a los autores.

Actualización: Este trabajo ha sido divulgado en El Correo de Alava (sabado 23 de enero 2016):

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Esta entrada participa en la LIV edición del Carnaval de Química, Edición Xenón, alojada en el blog SiempreConCiencia de @MartaI_Soria

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