Primera datación directa de Homo antecessor: un ejemplo de trabajo colectivo

Hace unos días publicamos en la revista Quaternary Geochronology los resultados de la primera datación directa de Homo antecessor, la especie humana fósil descubierta en el nivel TD6 del yacimiento de Atapuerca Gran Dolina (Burgos). Este trabajo nos permite proponer una datación entre 772 mil y 949 mil años, confirmando entonces la gran antigüedad de Homo antecessor previamente establecida de manera indirecta.

Restos de Homo antecesor encontrados en el nivel TD6 de Atapuerca Gran Dolina (Foto: : J.M. Bermúdez de Castro/M.N.C.N.)
Restos de Homo antecesor encontrados en el nivel TD6 de Atapuerca Gran Dolina (Foto: : J.M. Bermúdez de Castro/M.N.C.N.)

En este post, quiero explicar cómo llegamos a esta datación, y el (largo) camino que seguimos desde hace casi ya 3 años cuando iniciamos este trabajo colectivo. Es el resultado de una colaboración científica internacional y ha sido posible gracias a las aportaciones de muchas personas, investigadores procedentes de varias instituciones en España, Francia, China y Australia, y especializados en diversos campos como Geocronólogos, Paleoantropólogos, Geólogos y Arqueólogos.

Una metodología puntera

Iniciamos este trabajo hace casi 3 años, cuando nos reunimos con José María Bermúdez de Castro, paleoantropólogo y uno de los codirectores del proyecto Atapuerca, en su despacho del CENIEH y Rainer Grün, referencia mundial en el campo de la Geocronologia del Cuaternario, y hoy en día colega mío en la Universidad de Griffith (Australia). Los tres decidimos intentar datar directamente un diente de Homo antecesor mediante el método de Resonancia Paramagnética Electrónica (más conocida bajo su acrónimo ingles ESR), lo que nunca se había hecho hasta ahora.

Para eso, se decidió emplear la metodología más puntera posible con el objetivo de minimizar el aspecto destructivo de los análisis. Seleccionamos entonces un fragmento de diente (ATD6-92) y realizamos análisis Uranio-Torio de alta resolución mediante un sistema de ablación laser (LA) acoplado a un espectrómetro de masas (ICP-MS) y lo combinamos con mediciones ESR sobre fragmento de esmalte. Es la misma metodología que la que empleamos hace poco tiempo sobre el diente de Homo sapiens encontrado en la cueva de Misliya (ver post). Sin embargo, en el caso de H. antecesor, nos enfrentamos a varios retos durante el proceso analítico que convirtieron el trabajo de datación en algo bastante más complicado de lo esperado incialmente.

Los 3 retos

La primera complicación fue el escaneo previo del diente mediante una técnica llamada microtomografía computarizada (µCT Scan). Es una técnica muy popular hoy en día en paleoantropología porque es en teoría no destructiva. Se basa en el uso de rayos X para obtener imágenes virtuales en 3 dimensiones y de muy alta resolución. Permite acceder a la estructura interna de los fósiles sin cortarlos. El problema principal es que sí que puede afectar de manera significativa el resultado de la datación ESR, porque añade una dosis de radiación artificial al resto fósil, que se suma a la dosis de radiación natural absorbida por la muestra a lo largo del tiempo geológico. Entonces con la paleoantropóloga Laura Martín-Francés, en su momento en el CENIEH y hoy en la Universidad de Burdeos (Francia), seleccionamos un diente humano moderno y lo analizamos de la misma manera que el diente ATD6-92. Esta operación nos permitió estimar precisamente la dosis de rayos X absorbida por la muestra durante esta operación.

Izquierda: Imagen 3D del diente ATD6-92 (Foto: L. Martín-Francés). Derecha: análisis de un fragmento de esmalte por µCT-scan (Foto: L. Martín-Francés).
Izquierda: Imagen 3D del diente ATD6-92 (Foto: L. Martín-Francés). Derecha: análisis de un fragmento de esmalte por µCT-scan (Foto: L. Martín-Francés).

El segundo reto fue reconstruir el entorno sedimentario del diente ATD6-92. Al contrario del Carbono-14, el resto fósil no es suficiente para realizar una datación ESR. Se necesita también saber la radioactividad del sedimento rodeando el diente. Lo complicado aquí fue que se encontró el diente la campana de excavación de 2004 y como no se planteaba realizar dataciones en el futuro, simplemente no se recogió el sedimento en los alrededores en su momento.

Con la ayuda de Jordi Rosell, arqueólogo de la Universidad Rovira i Virgili de Tarragona y responsable de la excavación en los niveles TD6-TD4 de Gran Dolina, e Isidoro Campaña, doctorando en el CENIEH y geólogo especializado en el estudio del relleno sedimentario del yacimiento de Gran Dolina, posicionamos el diente ATD6-92 en su contexto estratigráfico original. Se consiguió proyectar la posición del diente en el afloramiento actualmente disponible y localizado a menos de 2 m del sitio donde se encontró el diente. Este afloramiento se conserva intacto como sección de referencia donde se identificaron todas las unidades estratigráficas del relleno sedimentario. Los datos de la excavación indican que el diente se encontró en el subnivel TD6.2.4. En consecuencia, cogimos varias muestras de sedimento de este nivel y realizamos mediciones in situ para evaluar el nivel de radioactividad dentro de TD6.2.4 y su variabilidad lateral como vertical.

Sección de referencia de Gran Dolina. Se pueden diferenciar todos los subniveles de TD6 (Figura de I. Campaña). La posición del diente ATD6-92 está proyectada en esta sección vertical.
Sección de referencia de Gran Dolina. Se pueden diferenciar todos los subniveles de TD6 (Figura de I. Campaña). La posición del diente ATD6-92 está proyectada en esta sección vertical.

Por fin, nos enfrentamos a un último problema. El análisis Uranio-Torio inicial del diente mediante LA-ICP-MS realizado en la Australian National University por Rainer Grün, nos indicó que el diente presentaba características adecuadas para aplicar el método ESR. Sin embargo, el análisis posterior del fragmento de esmalte datado por ESR reveló una concentración altísima de uranio, con valores superiores a los habitualmente observados y en este caso muy similar a lo que habíamos medido en la dentina, el tejido dental interno del diente.

Izquierda: fragmento de esmalte datado. Se pueden ver los puntos de análisis uranio-torio por ablación laser (numerados de 1 a 10). Derecha: evolución de la concentración en uranio según el punto de ablación (Spot number). Se observa que entre los puntos 3 y 9 los valores son muy similares a lo medido en la dentina (línea horizontal roja), indicando entonces presencia de dentina en el esmalte.
Izquierda: fragmento de esmalte datado. Se pueden ver los puntos de análisis uranio-torio por ablación laser (numerados de 1 a 10). Derecha: evolución de la concentración en uranio según el punto de ablación (Spot number). Se observa que entre los puntos 3 y 9 los valores son muy similares a lo medido en la dentina (línea horizontal roja), indicando entonces presencia de dentina en el esmalte.

En otras palabras, estos análisis indicaban una pequeña contaminación de dentina en el fragmento de esmalte. Esta contaminación no se pudiera haber visto sin estos análisis de alta resolución por ablación laser. Con el objetivo de determinar la proporción exacta de dentina en el fragmento, enviamos la muestra a Qingfeng Shao, experto en datación U-Th y basado en la Universidad de Nanjing, China. Realizó el análisis del fragmento en solución, y conseguimos a estimar que la proporción de dentina en el esmalte era entre 2 y 6% del volumen total. Con este resultado, pudimos corregir los datos obtenidos y evitar así una fuente de error importante que hubiera inducido una infravaloración significativa de la edad del fósil.

¿ Entonces, que fecha para Homo antecesor ?

Combinando todos los datos obtenidos a lo largo del protocolo analítico, obtenemos una fecha ESR final entre 646 mil y 949 mil años para ATD6-92. Para refinar esta datación, nos quedaba una última carta: el paleomagnetismo. Este método se basa en el estudio de la polaridad magnética del sedimento, que permite indirectamente obtener una información cronológica basándose en las fechas de las últimas inversiones del campo magnético terrestre. Con Josep María Parés, geocronólogo experto en paleomagnetismo y basado en el CENIEH, fuimos al yacimiento para realizar un muestreo más fino en el nivel TD6. Los resultados obtenidos indican una polaridad inversa dentro de TD6, lo que indica que los depósitos se pueden correlacionar con el último periodo de polaridad inversa (el periodo llamado Matuyama) que se acabó hace 772,000 años. En otras palabras, estos resultados indican que TD6 tienen como mínimo 772,000 años.

En resumen, combinando la datación ESR directa del diente y el estudio paleomagnético, podemos llegar a la conclusión que Homo antecesor y el nivel TD6 de Gran Dolina tienen una edad entre 772,000 y 949,000 años. Estos resultados están en acuerdo con las dataciones previas del sedimento (mediante Luminiscencia) y de dientes de grandes mamíferos (por ESR), que permitían estimar de manera indirecta la edad de H. antecessor. Todos estos resultados lo posicionan como la especie humana fósil conocida más antigua de Europa occidental. Se encontraron otros restos fósiles más antiguos en la Península, como el fragmento de mandíbula de Atapuerca Sima del Elefante datado a 1,2 millones de años, o bien el diente de Barranco León datado en entrono de 1,4 millones de años, pero hasta ahora no han sido atribuido a ninguna especie humana fósil en particular al contrario de los restos de Gran Dolina TD6

Esta nueva datación posiciona H. antecessor en una cronología anterior al punto de divergencia entre humanos modernos y arcaicos, y como un candidato posible para el papel del ultimo ancestro común entre Homo sapiens (nosotros) y Neandertal, aunque se necesitan más descubrimientos para confirmar esta hipótesis actualmente debatida en la comunidad científica.

Este artículo nos lo envía Mathieu Duval investigador senior (ARC Future Fellow) en el Australian Research Centre for Human Evolution de 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 varios yacimientos antiguos de Península Ibérica, como los de Atapuerca (Burgos), Orce (Granada), Porto Maior (Arbo) o bien Vallparadis (Terrassa). Participó recientemente a la datación de los restos de Homo naledi descubiertos en Suráfrica.

Agradecimientos:

Este trabajo no hubiera sido posible sin el apoyo de los tres codirectores del proyecto Atapuerca, José María Bermúdez de Castro, Eudald Carbonell y Juan Luis Arsuaga, la ayuda en unos aspectos del protocolo analítico de varios colegas científicos del CENIEH (V. Guilarte, D. Martínez Asturias, B. Notario, Collado, C. Saiz and M.I. Sarro), y por supuesto el trabajo de todos los excavadores a lo largo de décadas de campañas de excavación en la Trinchera del Ferrocarril.

Para la realización de este estudio, tuve la suerte de contar con una financiación de la Unión Europea (Marie Curie International Outgoing Fellowship 626474) y del Gobierno de Australia (Australian Research Council Future Fellowship FT150100215).

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