Palinología

Palinología es el estudio de microorganismos y fragmentos microscópicos de megaorganismos que están compuestos de material orgánico resistente a los ácidos y se encuentran en sedimentos, rocas sedimentarias e incluso algunas rocas metasedimentarias. Los palinomorfos son restos orgánicos microscópicos y resistentes a los ácidos producidos por una amplia variedad de plantas, animales y protistas que han existido desde finales del Proterozoico.

Es la ciencia que estudia los palinomorfos (paleopalinología) contemporáneos y fósiles, incluidos el polen, las esporas, los orbículos, los dinoquistes, los acritarcos, los quitinozoos y los escolecodontos, junto con la materia orgánica particulada (POM) y el kerógeno que se encuentran en las rocas sedimentarias y los sedimentos. La palinología no incluye diatomeas, foraminíferos u otros organismos con pruebas silíceas o calcáreas. El nombre de la ciencia y los organismos se deriva del griego griego: παλύνω, translit. palynō, "espolvorear, rociar" y -logía) o de "partículas que se esparcen".

La palinología es una ciencia interdisciplinaria que se encuentra en la intersección de las ciencias de la tierra (geología o ciencias geológicas) y las ciencias biológicas (biología), particularmente la ciencia de las plantas (botánica). En Bioestratigrafía, una rama de la paleontología y la paleobotánica, involucra palinomorfos fósiles desde el Precámbrico hasta el Holoceno por su utilidad en la datación relativa y correlación de estratos sedimentarios. La palinología también se utiliza para fechar y comprender la evolución de muchos tipos de plantas y animales. En paleoclimatología, los palinomorfos fósiles se estudian por su utilidad para comprender la historia de la Tierra antigua en términos de reconstrucción de paleoambientes y paleoclimas.

La palinología es bastante útil en disciplinas como la arqueología, la producción de miel y el derecho penal y civil. En arqueología, la palinología se usa ampliamente para reconstruir paleoambientes antiguos y cambios ambientales que influyeron significativamente en las sociedades humanas pasadas y reconstruir la dieta de los humanos prehistóricos e históricos. La melisopalinología, el estudio del polen y otros palinomorfos en la miel, identifica las fuentes de polen en términos de ubicaciones geográficas y géneros de plantas. Esto no solo proporciona información importante sobre la ecología de las abejas melíferas, sino que también es una herramienta importante para descubrir y vigilar la adultriación criminal y el etiquetado incorrecto de la miel y sus productos. La palinología forense utiliza palinomorfos como evidencia en el derecho penal y civil para probar o refutar un vínculo físico entre objetos, personas y lugares.

Palinomorfos

Los palinomorfos se definen ampliamente como el estudio de restos orgánicos, incluidos microfósiles y fragmentos microscópicos de megaorganismos que están compuestos de material orgánico resistente a los ácidos y varían en tamaño entre 5 y 500 micrómetros. Se extraen de suelos, rocas sedimentarias y núcleos de sedimentos y otros materiales mediante una combinación de procedimientos físicos (tratamiento ultrasónico y tamizado húmedo) y químicos (digestión ácida) para eliminar la fracción no orgánica. Los palinomorfos pueden estar compuestos de material orgánico como quitina, pseudoquitina y esporopolenina.

Los palinomorfos forman un registro geológico de importancia para determinar el tipo de vida prehistórica que existió en el momento en que se establecieron los estratos sedimentarios. Como resultado, estos microfósiles dan pistas importantes sobre las condiciones climáticas predominantes en la época. Su utilidad paleontológica deriva de una abundancia de millones de palymorfos por gramo en depósitos marinos orgánicos, incluso cuando dichos depósitos generalmente no son fosilíferos. Los palinomorfos, sin embargo, generalmente han sido destruidos en rocas metamórficas o recristalizadas.

Los palinomorfos típicos incluyen quistes de dinoflagelados, acritarcos, esporas, polen, tejido vegetal, hongos, escolodontes (dientes de escleroproteína, mandíbulas y características asociadas de gusanos anélidos poliquetos), órganos artrópodos (como piezas bucales de insectos) y quitinozoos. Las estructuras microscópicas palinomorfas que abundan en la mayoría de los sedimentos son resistentes a la extracción rutinaria de polen.

Palinofacies

Una palinofacies es el conjunto completo de materia orgánica y palinomorfos en un depósito fósil. El término fue introducido por el geólogo francés André Combaz en 1964. Los estudios de palinofacies a menudo están vinculados a investigaciones de la geoquímica orgánica de las rocas sedimentarias. El estudio de las palinofacies de un ambiente de depósito sedimentario se puede utilizar para aprender sobre los paleoambientes de depósito de rocas sedimentarias en geología de exploración, a menudo junto con el análisis palinológico y la reflectancia de vitrinita.

La palinofacies se puede utilizar de dos formas:

• Las palynofacies orgánicas consideran toda la materia orgánica de partículas insolubles en ácido (POM), incluyendo kerógeno y palynomorfos en sedimentos y preparaciones palinológicas de rocas sedimentarias. Las preparaciones siseguidas o no sitiadas pueden ser examinadas usando monturas de estrecho en las diapositivas del microscopio que pueden ser examinadas utilizando un microscopio biológico ligero transmitido o un microscopio fluorescente ultravioleta (UV). Se considera la abundancia, composición y preservación de los diversos componentes, junto con la alteración térmica de la materia orgánica.
• Palynomorph palynofacies considera la abundancia, composición y diversidad de palynomorfos en una preparación palinológica de sedimentos o preparación palinológica de rocas sedimentarias. La relación de fitoplancton fósil marino (acriarquís y quistes dinoflagelados), junto con chitinozoanos, con palynomorfos terrestres (pollen y esporas) se puede utilizar para obtener un índice de entrada terrestre en sedimentos marinos.

Historia

Historia temprana

Es probable que las primeras observaciones reportadas de polen bajo un microscopio hayan sido en la década de 1640 por el botánico inglés Nehemiah Grew, quien describió el polen y el estambre y concluyó que el polen es necesario para la reproducción sexual en las plantas con flores.

A fines de la década de 1870, cuando los microscopios ópticos mejoraron y se desarrollaron los principios de la estratigrafía, Robert Kidston y P. Reinsch pudieron examinar la presencia de esporas fósiles en las vetas de carbón del Devónico y el Carbonífero y comparar las esporas vivas. y las antiguas esporas fósiles. Los primeros investigadores incluyen a Christian Gottfried Ehrenberg (radiolarios, diatomeas y quistes de dinoflagelados), Gideon Mantell (desmids) y Henry Hopley White (quistes de dinoflagelados).

1890 a 1940

El análisis cuantitativo del polen comenzó con el trabajo publicado de Lennart von Post. Aunque publicó en sueco, su metodología ganó una amplia audiencia a través de sus conferencias. En particular, su conferencia Kristiania de 1916 fue importante para ganar una audiencia más amplia. Debido a que las primeras investigaciones se publicaron en las lenguas nórdicas (lenguas escandinavas), el campo del análisis del polen se limitó a esos países. El aislamiento terminó con la publicación alemana de la tesis de 1921 de Gunnar Erdtman. La metodología del análisis del polen se generalizó en toda Europa y América del Norte y revolucionó la investigación sobre la vegetación y el cambio climático del Cuaternario.

Los primeros investigadores del polen incluyen a Früh (1885), quien enumeró muchos tipos comunes de polen de árboles y una cantidad considerable de esporas y granos de polen de hierbas. Hay un estudio de muestras de polen tomadas de sedimentos de lagos suecos por Trybom (1888); Se encontró polen de pino y abeto en tal profusión que los consideró útiles como "fósiles índice". Georg F. L. Sarauw estudió el polen fósil del Pleistoceno medio (Cromerian) del puerto de Copenhague. Lagerheim (en Witte 1905) y C. A.Weber (en H. A. Weber 1918) parecen estar entre los primeros en realizar 'frecuencia porcentual' calculos

1940 a 1989

El término palinología fue introducido por Hyde y Williams en 1944, siguiendo la correspondencia con el geólogo sueco Ernst Antevs, en las páginas de la Pollen Analysis Circular (una de las primeras revistas dedicadas al análisis del polen, producidas por Paul Sears en Norteamérica). Hyde y Williams eligieron palinología sobre la base de las palabras griegas paluno que significan 'rociar' y pale que significa 'polvo' (y por lo tanto similar a la palabra latina pollen).

El análisis del polen en América del Norte provino de Phyllis Draper, una estudiante de maestría de Sears en la Universidad de Oklahoma. Durante su tiempo como estudiante, desarrolló el primer diagrama de polen a partir de una muestra que representaba el porcentaje de varias especies a diferentes profundidades en Curtis Bog. Esta fue la introducción del análisis de polen en América del Norte; Los diagramas de polen de hoy en día todavía suelen permanecer en el mismo formato con la profundidad en el eje y y la abundancia de especies en el eje x.

1990 al siglo XXI

El análisis de polen avanzó rápidamente en este período debido a los avances en la óptica y las computadoras. Gran parte de la ciencia fue revisada por Johannes Iversen y Knut Fægri en su libro de texto sobre el tema.

Métodos de estudio de los palinomorfos

Preparación química

La digestión química sigue varios pasos. Inicialmente, el único tratamiento químico utilizado por los investigadores fue el tratamiento con hidróxido de potasio (KOH) para eliminar las sustancias húmicas; la defloculación se logró mediante tratamiento de superficie o tratamiento ultrasónico, aunque la sonificación puede provocar la ruptura de la exina de polen. En 1924, Assarson y Granlund introdujeron el uso de ácido fluorhídrico (HF) para digerir minerales de silicato, lo que redujo en gran medida la cantidad de tiempo necesario para escanear portaobjetos en busca de palinomorfos. Los estudios palinológicos con turba presentaron un desafío particular debido a la presencia de material orgánico bien conservado, que incluye raicillas finas, hojuelas de musgo y basura orgánica. Este fue el último gran desafío en la preparación química de materiales para estudio palinológico. La acetólisis fue desarrollada por Gunnar Erdtman y su hermano para eliminar estos finos materiales de celulosa disolviéndolos. En la acetólisis, el espécimen se trata con anhídrido acético y ácido sulfúrico, disolviendo los materiales celulísticos y proporcionando así una mejor visibilidad para los palinomorfos.

Algunos pasos de los tratamientos químicos requieren un cuidado especial por razones de seguridad, en particular el uso de HF que se difunde muy rápido a través de la piel y provoca quemaduras químicas graves y puede ser fatal.

Otro tratamiento incluye la flotación con queroseno para materiales quitinosos.

Análisis

Una vez que las muestras se han preparado químicamente, se montan en portaobjetos de microscopio con aceite de silicona, glicerol o gelatina de glicerol y se examinan con microscopía óptica o se montan en un trozo para microscopía electrónica de barrido.

Los investigadores a menudo estudiarán muestras modernas de varios sitios únicos dentro de un área determinada, o muestras de un solo sitio con un registro a lo largo del tiempo, como muestras obtenidas de turba o sedimentos de lagos. Estudios más recientes han utilizado la técnica análoga moderna en la que se comparan muestras paleo con muestras modernas para las que se conoce la vegetación original.

Cuando se observan los portaobjetos al microscopio, el investigador cuenta el número de granos de cada taxón de polen. Este registro se usa luego para producir un diagrama de polen. Estos datos pueden usarse para detectar efectos antropogénicos, como la tala, patrones tradicionales de uso de la tierra o cambios a largo plazo en el clima regional.

Aplicaciones

La palinología se puede aplicar a problemas de muchas disciplinas científicas, incluidas la geología, la botánica, la paleontología, la arqueología, la pedología (estudio del suelo) y la geografía física:

• Biostratigrafía y geocronología. Los geólogos utilizan estudios palinológicos en biostratigrafía para correlacionar estratos y determinar la edad relativa de una cama, horizonte, formación o secuencia estratigráfica determinada.

Debido a que la distribución de acritarcos, quitinozoos, quistes de dinoflagelados, polen y esporas proporciona evidencia de correlación estratigráfica a través de la bioestratigrafía y la reconstrucción paleoambiental, una aplicación común y lucrativa de la palinología es la exploración de petróleo y gas.

• Paleoecología y cambio climático. La palenología se puede utilizar para reconstruir la vegetación pasada (plantas terrestres) y las comunidades de fitoplancton marinas y de agua dulce, y así inferir condiciones ambientales (palaeoambientales) y palaeoclimáticas pasadas en una zona hace miles o millones de años, una parte fundamental de la investigación sobre el cambio climático.
• Estudios de palynofacies orgánicos, que examinan la preservación de la materia orgánica particulada y palynomorfos proporciona información sobre el entorno desposicional de sedimentos y palaeoenvironamientos deposición de rocas sedimentarias.
• Estudios de alteración geotérmica examinan el color de palynomorfos extraídos de rocas para dar la alteración térmica y maduración de secuencias sedimentarias, que proporciona estimaciones de máximas paleotemperaturas.
• Estudios de Limnología. Los palynomorfos de agua dulce y los fragmentos de animales y plantas, incluidos los prasinofitos y desmides (algas verdes) pueden utilizarse para estudiar los niveles del lago pasado y el cambio climático a largo plazo.
• Taxonomía y estudios evolutivos. Involver el uso de caracteres morfológicos de polen como fuente de datos taxonómicos para delimitar especies vegetales bajo la misma familia o género. El estatus de apertura de polen se utiliza frecuentemente para clasificar o encontrar similitudes entre especies del mismo taxa. Esto también se llama Palynotaxonomy.
• Palinología forense: el estudio del polen y otros palynomorfos para evidencia en una escena del crimen.
• Estudios de alergia y conteo de polen. Se pueden utilizar estudios de distribución geográfica y producción estacional de polen para prever las condiciones de polen, ayudando a los enfermos de alergias como la fiebre del heno.
• Melissopalynology: el estudio de polen y esporas encontradas en miel.
• La palinología arqueológica examina los usos humanos de las plantas en el pasado. Esto puede ayudar a determinar la estacionalidad de la ocupación del sitio, presencia o ausencia de prácticas o productos agrícolas, y 'zonas de actividad relacionadas con plantas' dentro de un contexto arqueológico. Bonfire Shelter es un ejemplo de esta aplicación.