¿Cómo se determinó la edad del maxilar de la Cueva de Misliya (Israel), el resto fósil de Homo sapiens más antiguo encontrado fuera de África?

La semana pasada la revista Science dio a conocer al mundo el fósil más antiguo de Homo sapiens, nuestra especie, fuera de África. El trabajo, liderado por el Prof. Israel Hershkovitz de la Universidad de Tel Aviv (Israel), es el resultado de una colaboración entre investigadores procedentes de varias instituciones internacionales de América, Europa, Asia y Oceanía. Entre los investigadores, se encuentran varios miembros de instituciones españolas que participaron en varios aspectos del estudio paleoantropologico y geocronologico.

Hasta el momento el estudio ha conseguido captar la atención de la comunidad científica y del gran público. El entusiasmo es natural ya que siempre nos persigue la pregunta: de dónde venimos? Como consecuencia, el trabajo ha tenido mucha visibilidad tanto en los medios de comunicación tradicionales (El País, El Mundo) como digitales (p.ej. blogs, redes sociales), a nivel español como internacional, en artículos donde se detallaron sus implicaciones en cuanto al origen de nuestra especie, las modalidades y la cronología de su(s) salida(s) fuera de África.

Sin embargo, la cantidad y el nivel de detalle de las explicaciones proporcionadas al gran público para demonstrar la atribución del fósil al género Homo sapiens contrasta con la poca información disponible sobre el proceso de datación en sí, a pesar de sus implicaciones para el Estudio de nuestros origines. En consecuencia, como co-autor del trabajo de Hershkovitz et al (2018), me parece importante explicar aquí no solo como se determinó la fecha del resto fósil, pero también el razonamiento científico para llegar al intervalo de 177000-194000 años publicado en el artículo original, así como sus límites e incertidumbres asociados.

El fósil humano de Misliya y su importancia

El resto fósil (Misliya-1), un fragmento maxilar izquierdo que preserva la dentición y que perteneció a un humano adulto. Se encontró en 2002 en los depósitos sedimentarios de la Cueva de Misliya, localizada en el Monte Carmel, a unos 10 km al sur de la ciudad de Haifa (Israel).

Izquierda: Cueva de Misliya (Monte Carmel, Israel). Derecha: Maxilar Misliya-1 atribuido a Homo sapiens.
Izquierda: Cueva de Misliya (Monte Carmel, Israel). Derecha: Maxilar Misliya-1 atribuido a Homo sapiens | Fotos: Israel Hershkovitz.

La comparación de los fósiles con los de otros homínidos, incluido los de Atapuerca Sima de los Huesos, indica que Misliya presenta muchas similitudes morfológicas con de los de Homo sapiens (para más información ver el artículo de R. Quam en The Conversation, [en inglés]).

La edad del maxilar fue determinada mediante un conjunto de métodos de datación aplicados directamente al fósil y a su entorno. La combinación de los resultados obtenidos mediante las diferentes técnicas indica un rango de tiempo entre 177 ka. y 194 ka. (1 ka = 1000 años).

Este nuevo descubrimiento demuestra que los humanos modernos salieron de África antes de lo pensado hasta ahora, posiblemente hace por lo menos 200000 años. La presencia más antigua de humanos modernos está documentada en el yacimiento de Jebel Irhoud, Marruecos, con una antigüedad aprox. 300000 años (Hublin et al., 2017); mientras que hasta ahora los restos de H. sapiens más antiguos identificados fuera de África estaban localizados en el Corredor Levantino (cuevas de Qafzeh y Skhul) y en China (cuevas de Zirhen y Daoxian), y datados entre 80000 y 120000 años (Stringer, 2016; Martinon-Torres et al., 2017). Este nuevo descubrimiento en Misliya retrocede por lo menos unos 50000 años la primera salida de África de H. sapiens. El reciente post del Profesor de José María Bermúdez de Castro proporciona más reflexiones sobre las primeras expansiones de nuestra especie fuera de África (Blog).

Datación directa del fósil

La datación directa de los fósiles suele implicar por defecto la destrucción parcial del resto, por lo que uno de nuestros objetivos a la hora de analizar fósiles de valor inestimables como un resto humano, es siempre intenta conseguir una datación fiable con un daño mínimo para éste. Para empezar, con mi colega Rainer Grün de la Universidad de Griffith (Brisbane, Australia), datamos un fragmento de diente extraído del maxilar humano Milsiya-1 mediante los métodos Uranio-Torio (U-Th) y Resonancia Paramagnética Electrónica (más conocido por su acrónimo inglés ESR, de Electron Spin Resonance), según los protocolos analíticos más avanzados. Una vez los análisis terminados, se devolvió el resto datado a los paleoanthropologos israelís.

Con el objetivo en mente de preservar la integridad de la pieza, se realizó un análisis U-Th mediante un espectrómetro de masa ICP-MS acoplado a un sistema de ablación laser (LA-ICP-MS). Este sistema permite obtener datos de alta resolución con una pérdida mínima de material. Básicamente, un haz láser pulveriza localmente la muestra analizada sobre una superficie de unos 100-200 micrómetros de diámetro (casi invisible al ojo), el polvo resultante es analizado en el ICP-MS (ver ilustración en figura 2).

. Ilustración del proceso de datación mediante U-Th y ESR (Fotos: Mathieu Duval). Izquierda: Diente de Rinoceronte del yacimiento de Fuente Nueva-3 analizado por LA-ICP-MS según la misma metodología que para el diente extraído de Misliya-1. Se realizaron varios perfiles de ablación laser (sucesión de puntos de ablación laser de 200 micrómetros de diámetros) en la dentina (tejido dental interno; perfiles llamados aquí DE1 y DE2) y el esmalte (perfiles EN1 y EN2). Derecha: fragmento de esmalte (color ligeramente amarillo) procedente del diente datado por ESR y montado en su soporte de teflón y Parafilm para su medición por espectrometría ESR
Ilustración del proceso de datación mediante U-Th y ESR (Fotos: Mathieu Duval). Izquierda: Diente de Rinoceronte del yacimiento de Fuente Nueva-3 analizado por LA-ICP-MS según la misma metodología que para el diente extraído de Misliya-1. Se realizaron varios perfiles de ablación laser (sucesión de puntos de ablación laser de 200 micrómetros de diámetros) en la dentina (tejido dental interno; perfiles llamados aquí DE1 y DE2) y el esmalte (perfiles EN1 y EN2). Derecha: fragmento de esmalte (color ligeramente amarillo) procedente del diente de Mislaya-1 datado y montado en su soporte de teflón y Parafilm para su medición por espectrometría ESR

El U-Th es un método de datación radiométrico que se basa en la medición de las actividades del elemento radiactivo U-238 y de sus descendientes U-234 y Th-230 (ver principios básicos en Hoffmann, 2013). Cada elemento decae según una tasa conocida y midiendo el contenido en cada elemento se puede datar la incorporación del uranio en el diente. Es posible que tarde mucho tiempo entre la muerte del individuo y la incorporación del uranio, por lo cual el método U-Th solo puede proporcionar una fecha mínima posible para el fósil. En el caso de Misliya, la fecha U-Th sobre la dentina (tejido interno del diente) indica una fecha de 70200+1600 años. Este resultado sugiere que el diente de Misliya tiene una antigüedad de por lo menos unos 70 ka, descartando así también la posibilidad que fuera un fósil reciente sin conexión ninguna con en el relleno sedimentario de la Cueva de Misliya.

El ESR es un método llamado paleodosimetrico, se basa en la medición y cuantificación de los efectos de la radiactividad natural en unos materiales (ver Duval, 2013 para más información), incluido dientes fósiles, a través sus propiedades magnéticas. Después de la muerte del individuo, el diente esta progresivamente enterrado por el sedimento y recibe radiaciones procedentes de los radioelementos naturalmente presentes en su entorno sedimentario. Habitualmente (cuando se datan diente de grandes mamíferos) las mediciones mediante espectroscopia ESR se realizan sobre polvo de esmalte, lo que es impensable para dientes humanos. Por eso, en el caso del diente de Misliya, los análisis se realizaron en el CENIEH (Burgos) sobre un fragmento de esmalte (ver Figura 2 derecha) que fue sucesivamente irradiado y medido para determinar la dosis de radiación absorbida por el diente desde la muerte del individuo.

La combinación de los resultados U-Th y ESR proporcionan una fecha de 174+20 ka. No obstante, recientemente demostramos en otro estudio que la aplicación de la técnica de microtomografía computarizada (microCT), frecuentemente empleada en los estudios paleoantropológicos para producir imágenes 3D de alta resolución de los restos fósiles (ver ejemplo en Figura 3) y acceder a estructura interna del resto sin tener que alterarlo, induce una dosis de radiación en las muestras que, a su vez tiene impacto en la estimación de la edad ESR (ver Duval and Martin-Francés, 2017).

En otras palabras, puede envejecer artificialmente la edad ESR. Este caso no es diferente y el maxilar de Misliya había sido escaneado previamente, según modalidades y condiciones experimentales desconocidas que impidieron estimar de manera fiable la dosis de radiación absorbida por el diente debida a la exposición del maxilar a los rayos X, y así restarla a la dosis de radiación total medida por ESR. Frente a esta incertidumbre, el resultado ESR obtenido se interpreta como una fecha máxima posible: es decir, la edad del fósil es similar o más joven que 174+20 ka.

Imagen 3D de Misliya-1
Imagen 3D de Misliya-1 | imagen Israel Hershkovitz

De manera general, dada la rareza de los restos fósiles humanos, la combinación de los análisis U-Th por LA-ICP-MS y de las mediciones ESR sobre fragmentos de esmalte permite reducir de manera significativa la destrucción del resto fósil y aparece como la única opción para datar directamente restos más antiguos de 50000 años (el límite del Carbono-14). Se empleó la misma metodología para datar el fósil humano moderno más antiguo del mundo en Jebel Irhoud (Marruecos) (Hublin et al., 2017) y para la nueva especie humana encontrada en SurAfrica, Homo naledi (Dirks et al., 2017), contemporánea al resto de Jebel Irhoud.

Datación indirecta

Análisis adicionales aplicados al entorno del maxilar de Misliya ayudaron a precisar su cronología. Colegas del Geological Survey of Israel (el equivalente del IGME) dataron costras calicitas formadas sobre varios huesos de fauna como del maxilar humano mediante la técnica de U-Th. El método es similar a lo empleado para el diente, excepto que en este caso el uranio entra en el momento de la formación de la costra por encima del fósil, por lo tanto, se data un evento posterior a la deposición de Misliya-l. Aplicaciones similares permitieron recientemente datar los restos de Atapuerca Sima de los Huesos (Arsuaga et al, 2014) o de la Cueva de Aroeira (Portugal) (Daura et al., 2017). En Misliya, las dataciones de las costras indican una sucesión de eventos de cristalización calcitica a lo largo del tiempo. En particular, una costra formada sobre el maxilar proporcionó un resultado de 185+8 ka, interpretada como una fecha mínima para Misliya-1.

Además, el Maxilar humano fue descubierto en un nivel estratigráfico del relleno sedimentario de la cueva en el cuales se encontró una industria lítica atribuida a la tecnología levallois. Debido al uso frecuente del fuego por los ocupantes del yacimiento, muchas de las herramientas líticas son sílex quemados, un material adecuado para el uso del método de datación por Termoluminiscencia (TL). TL, al igual que ESR, es un método paleodosimétrico basado en la evaluación de los efectos de la radiactividad natural a partir de las propiedades luminiscentes del material. El evento datado no es la formación del sílex, sino su última calefacción a alta temperatura que puso a 0 la señal termoluminiscente de la muestra. Los colegas franceses de la Universidad de Bordeaux-Montaigne y Paris-Saclay dataron 9 muestras de silex quemado encontradas en el entorno del maxilar, y por tanto contemporáneos al resto fósil, resultando en un promedio de edad de 179±48 ka (Valladas et al., 2013). En consecuencia, la datación TL permite proporcionar un rango de tiempo indirecto para Misliya-1 de 131-227 ka.

Combinación de los datos cronológicos disponibles

Los diferentes métodos aplicados en el resto y la cueva Misliya concuerdan para definir un marco cronológico robusto para el resto fósil (Figura 4). Su combinación indica que Misliya-1 es seguramente por lo menos más antiguo que 70 ka (datación U-Th sobre la dentina del diente), y posiblemente más antiguo que 177 ka (185-8= 177 ka, rango mínimo de la datación U-Th de la costra calcitica), pero más reciente que 194 ka (174+20=194 ka, rango máximo de la fecha ESR). Este intervalo de tiempo indicado en azul en la Figura 4 es compatible con la fecha promedia TL sobre los sílex de la misma unidad estratigráfica y coincide también con el rango de tiempo establecido para la industria lítica levallois en la Región (Cuevas de Misliya, Tabun y Hayonim Caves) entre 160 y 250 ka. Estos resultados posicionan entonces Misliya-1 como el resto de Homo sapiens más antiguo encontrado fuera de África.

Combinación de los datos cronológicos obtenidos para la Cueva de Misliya. La banda azul indica el rango final propuesto para Misliya-1 (177-194 ka). (*) Datación interpretada como proporcionando una fecha mínima para el resto. (**) Datación interpretada como proporcionando fecha máxima para el resto
Combinación de los datos cronológicos obtenidos para la Cueva de Misliya. La banda azul indica el rango final propuesto para Misliya-1 (177-194 ka). (*) Datación interpretada como proporcionando una fecha mínima para el resto. (**) Datación interpretada como proporcionando fecha máxima para el resto | Gráfico modificado de Hershkovitz et al., 2018

Financiación

Aspectos de la datación por ESR del diente procedente de Misliya-1 fueron financiados por un proyecto de investigación europeo Marie Curie IOF 626474 y un proyecto ARC Future Fellowship (FT150100215).

Este artículo nos lo envía Mathieu Duval, investigador senior (ARC Future Fellow) en la Universidad de Griffith en Brisbane, Australia. Trabajó 7.5 años en el Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana (CENIEH) en Burgos. Está especializado en Geocronologia del Cuaternario y el desarrollo y la aplicación del método de datación por Resonancia Paramagnética Electrónica (más conocida por su acrónimo ingles ESR, Electron Spin Resonance) en yacimientos antiguos de la Cuenca Mediterránea, como los de Atapuerca (Burgos), Orce (Granada) o bien Vallparadis (Terrassa). Participó recientemente a la datación de los restos de Homo naledi descubierto en Surafrica.

Referencias científicas y más información:

Arsuaga, J. L., I. Martínez, L. J. Arnold, A. Aranburu, A. Gracia-Téllez, W. D. Sharp, R. M. Quam, C. Falguères, A. Pantoja-Pérez, J. Bischoff, E. Poza-Rey, J. M. Parés, J. M. Carretero, M. Demuro, C. Lorenzo, N. Sala, M. Martinón-Torres, N. García, A. Alcázar de Velasco, G. Cuenca-Bescós, A. Gómez-Olivencia, D. Moreno, A. Pablos, C.-C. Shen, L. Rodríguez, A. I. Ortega, R. García, A. Bonmatí, J. M. Bermúdez de Castro and E. Carbonell (2014). “Neandertal roots: Cranial and chronological evidence from Sima de los Huesos.” Science 344(6190): 1358-1363.

Daura, J., M. Sanz, J. L. Arsuaga, D. L. Hoffmann, R. M. Quam, M. C. Ortega, E. Santos, S. Gómez, A. Rubio, L. Villaescusa, P. Souto, J. Mauricio, F. Rodrigues, A. Ferreira, P. Godinho, E. Trinkaus and J. Zilhão (2017). “New Middle Pleistocene hominin cranium from Gruta da Aroeira (Portugal).” Proceedings of the National Academy of Sciences 114(13): 3397-3402.

Duval., M. (2013). La datación por Resonancia Paramagnética Electrónica (ESR). En Métodos y técnicas de análisis y estudio en arqueología prehistórica: De lo técnico a la reconstrucción de los grupos humanos / coord. por Marcos García Diez, Lydia Zapata Peña, 2013, ISBN 978-84-9860-855-7, págs. 87-92

Duval, M. and L. Martín-Francés (2017). “Quantifying the impact of µCT-scanning of human fossil teeth on ESR age results.” American Journal of Physical Anthropology 163(1): 205-212.

Hershkovitz et al (2018). The earliest modern humans outside Africa. Science

Hoffmann, D.L. (2013). La datación por las series de Uranio. En Métodos y técnicas de análisis y estudio en arqueología prehistórica: De lo técnico a la reconstrucción de los grupos humanos / coord. por Marcos García Diez, Lydia Zapata Peña, 2013, ISBN 978-84-9860-855-7, págs. 87-92

Hublin, J.-J., A. Ben-Ncer, S. E. Bailey, S. E. Freidline, S. Neubauer, M. M. Skinner, I. Bergmann, A. Le Cabec, S. Benazzi, K. Harvati and P. Gunz (2017). “New fossils from Jebel Irhoud, Morocco and the pan-African origin of Homo sapiens.” Nature 546: 289.

Martinón-Torres, M., X. Wu, J. M. B. d. Castro, S. Xing and W. Liu (2017). “Homo sapiens in the Eastern Asian Late Pleistocene.” Current Anthropology 58(S17): S434-S448.

Stringer, C. (2016). “The origin and evolution of <em>Homo sapiens</em>.” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 371(1698).

Valladas, H., N. Mercier, I. Hershkovitz, Y. Zaidner, A. Tsatskin, R. Yeshurun, L. Vialettes, J.-L. Joron, J.-L. Reyss and M. Weinstein-Evron (2013). “Dating the Lower to Middle Paleolithic transition in the Levant: A view from Misliya Cave, Mount Carmel, Israel.” Journal of Human Evolution 65(5): 585-593.


3 Comentarios

Participa Suscríbete

kurodo77kurodo77

A ver si no estoy entendiendo algo: en el 6º parrafo sería 177 a 194 ka en vez de 177000 a 194000 ka, porque sino va a resultar que el hombre tiene 200 millones de años lo que si sería un noticionón. Fuera de bromas también es muy probable que yo no esté entendiendo algo.
Nota: El comentario anterior se me fue accidentalmente.

MatMat

Tiene razón, había que leer 177 a 194 ka efectivamente. Ahora está corregido. Muchas gracias por señalarlo.

andrea

es increíble todos los pasos se tiene que tener para que pueda ser datado una elemento que estuvo en su tiempo vivo y como ayuda muy bien la tecnología para ello

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>