Encuentran los restos de ADN más antiguos del mundo en el diente de un mamut milenario

Un equipo internacional de científicos ha secuenciado el ADN de unos dientes de mamut que tiene al menos un millón de años de antigüedad, si no más. Esta investigación, que acaba de ser publicada en Nature, no solo proporciona una nueva y emocionante visión de la historia evolutiva del mamut, sino que revela un linaje completamente desconocido de esta especie.

El mamut lanudo (Mammuthus primigenius) seguramente sea la única especie que rivalice con el tiranosaurio en nuestro imaginario popular, pero es, de hecho, una de las últimas especies de mamuts que llegaron a evolucionar. Se cree que los mamuts se originaron en África hace aproximadamente cinco millones de años, y sus poblaciones viajaron hacia el norte, lo que ahora es Eurasia hasta finalmente llegar a América del Norte. Todavía tenemos mucho que aprender acerca de estos antiguos animales, razón por la cual esta nueva investigación es muy importante. Sabemos, por ejemplo, que los mamuts lanudos estaban adaptados para la vida en el Ártico: podían resistir el frío, podían sobrevivir con la escasa vegetación disponible y contaban con un pelo espeso y lanudo que dio origen a su nombre. Pero, ¿cuándo comenzaron estos animales a evolucionar? ¿Y qué pasó con las especies de mamuts que vivieron antes que sus homólogos lanudos?

Un millón de años es una cantidad de tiempo extraordinaria, muchísimo tiempo para que sobreviva el material genético, o eso pensaban algunos científicos. El ADN que acaban de descubrir, extraído de tres dientes de mamut encontrados en Siberia en la década de 1970, ofrece ahora una ventana sin precedentes a otra era terrestre. Los tres molares de mamut se apodan Krestovka, Adycha y Chukochya, por los ríos y lugares cercanos al yacimiento de donde salieron. El equipo estimó la edad de estos fósiles utilizando varias pruebas: la datación geológica de la capa de sedimento en la que se encontraron, los atributos morfológicos y estructurales de los dientes y la datación genética.

Chukochya pertenecía al mamut más reciente de esta muestra, una criatura que vivió entre 500.000 y 800.000 años atrás. Por la edad, Chukochya se trataba de una versión temprana de mamut lanudo.

Adycha pertenecía a un mamut que vivió entre un millón y 1,2 millones de años atrás. Es considerablemente más antiguo que Chukochya, y este mamut es similar al mamut de la estepa (Mammuthus trogontherii), una especie conocida en Eurasia hasta su extinción hace unos 200.000 años. Al final de su existencia, el mamut de la estepa coexistió con los mamuts lanudos, pero antes de esta investigación, se creía que vivía en climas más cálidos y tenía considerablemente menos pelo, algo que ahora parece no ser cierto.

Krestovka, el molar más antiguo de los tres, tiene aproximadamente entre 1,1 millones y 1,2 millones de años de antigüedad. Y lo que el equipo descubrió sobre su linaje evolutivo particular fue quizás el descubrimiento más emocionante de todos.

Debido a que los fósiles muestreados para esta investigación son más antiguos que el ADN más antiguo registrado nunca (el ADN de un caballo de entre 560.000 y 780.000 años de edad), obtener una muestra de ADN fue realmente una sorpresa, según explicaba la coautora del estudio Beth Shapiro, profesora de la Universidad de Santa Cruz. Ella y el resto de autores atribuyen su éxito a la preservación de los fósiles en el permafrost.

“Si la tierra (y los huesos) se descongelan, es malo para el ADN, que se descompondrá a medida que el agua se expanda y se contraiga”, explicó Shapiro por correo electrónico. “Esta es la razón por la que la mayoría de los huesos viejos no tienen ADN que sea recuperable, simplemente se ha degradado demasiado”.

El equipo, que trabajó solo con fragmentos de una imagen genética más grande, encontró que la adaptación al frío realmente se había producido en los mamuts antes de la aparición del mamut lanudo como especie diferente. A diferencia de lo que se creía anteriormente, los mamuts lanudos no desarrollaron estas adaptaciones con el tiempo; ya las tenían. Esas adaptaciones parecen surgido en uno de sus gigantescos predecesores, una especie que vivió en toda Eurasia: el mamut de la estepa (Mammuthus trogontherrii).

“Lo que mostramos ahora es que el mamut Adycha parece haber tenido casi todas las adaptaciones árticas que tenían los mamuts lanudos. Tenía genes relacionados con los depósitos de grasa, con la termorregulación, la sensación térmica y los ritmos circadianos”, dijo Love Dalén, líder de investigación del Centro de Paleogenética de Suecia y coautor del estudio. “Así que eso significa dos cosas: primero, tenemos que repensar cómo eran los mamuts de la estepa. Probablemente estaban mucho más adaptados al frío y tenían el pelaje más lanudo. Pero eso también significa que el origen del mamut lanudo no está asociado con este rápido estallido evolutivo. En su lugar, por lo que hemos podido ver, ¡lo que cambia son los dientes! “

Los dientes en proboscidios como los mamuts son los identificadores del esqueleto más fiables y, a menudo, los únicos restos que sobreviven a la fosilización. Es por esto que Adrian Lister, un paleobiólogo del Museo de Historia Natural de Londres y coautor del estudio, insistió en que el equipo usara estos tres molares.

Los dientes fueron descubiertos inicialmente en la década de 1970 por el fallecido científico ruso Andrei Sher. Sher y Lister estudiaron estos molares, junto con otros que Sher había recolectado en Rusia y obtenido de distintas colecciones en Europa y América del Norte. Sin embargo, la tecnología para estudiar el ADN potencial de tales muestras no ha estado disponible hasta la última década. No fue hasta que comenzó el trabajo para este estudio reciente que los científicos realmente perforaron los molares, extrajeron el ADN, lo convirtieron en “bibliotecas” y luego secuenciaron estas “bibliotecas” para su análisis.

“Si retrocedemos 20 años en el tiempo, veremos que los científicos pudieron secuenciar miles o decenas de miles de lecturas”, dijo el bioinformático Tom van der Valk, uno de los coautores del estudio. “Hace diez años, esto aumentó a unos pocos millones de lecturas. En este proyecto, generamos literalmente miles de millones de lecturas para extraer tanta información de ADN como sea posible”.

Una “lectura”, explicó Shapiro, es un “fragmento de ADN de 30-60 pares de bases que han conseguido ser aislados del hueso”. O, si tuviéramos que comparar un fragmento de ADN con un libro, cada lectura sería el equivalente a una palabra de ese libro.

El rápido ritmo al que ha avanzado la tecnología genética significa que Dalén, que comenzó su carrera en genética hace menos de 20 años, tuvo una experiencia profundamente diferente con la secuenciación del ADN que los jóvenes que ahora trabajan en su laboratorio.

“Cuando comenzamos a trabajar con mamuts hace 15 años, secuenciábamos un par de cientos de pares de bases de ADN mitocondrial y nos sentíamos muy orgullosos”, dijo Dalén. “Ahora estamos secuenciando genomas completos. Es una gran diferencia”.

Dalén fue parte del equipo que secuenció todo el genoma del mamut lanudo en 2015 y, al principio, podía ver secuencias mitocondriales más pequeñas y reconocer cuáles pertenecían a los mamuts. En ese momento, dijo, las secuencias “tenían sólo unos pocos cientos de pares de bases de largo. Casi se volvieron como mis amigos; los reconocía. Ahora es imposible. ¡El genoma tiene más de 3000 millones de pares de bases!”.

David Díez-del-Molino, biólogo evolutivo y otro de los autores principales, trató de explicar con qué trabajan él y otros científicos cuando el ADN es secuenciado en ordenadores. Aunque se nos venga a la cabeza inmediatamente aquella animación de Jurassic Park, la realidad es que los datos, con todos esos miles de millones de letras que componen el genoma, son casi imposibles de comprender por completo. (Para todos aquellos que se están preguntando si esta investigación nos permitirá revivir dinosaurios o mamuts: no, lo siento).

Como lo describió van der Valk: “Cuando recuperamos los datos, podía tomar una pequeña parte de los datos, abrirlos en mi pantalla y ver el código de ADN. Pero no hay ningún ser humano en la Tierra que pueda leer literalmente todo lo que aparece ahí”.

“La generación de datos y las tecnologías de ADN han evolucionado tan rápidamente que ahora está en un punto en el que las computadoras son la única limitación”, dijo van der Valk. “Nuestro almacenamiento de datos y nuestras velocidades computacionales son más limitantes en cierto modo que la generación de datos”.

Van der Valk y Díez-del-Molino trabajaron en el análisis de los datos, pero primero hubo que secuenciarlos y mapear su relación con el genoma del mamut. Este trabajo fue realizado por Patrícia Pečnerová, bióloga evolutiva y otra de las autoras principales. Pero incluso este trabajo es difícil de comprender por completo para cualquiera que no se mueva en este mismo campo. Recuerda que lo que recuperaron no fueron cadenas de ADN completas, sino fragmentos.

Pečnerová puso como ejemplo la imagen de un puzle de un metro cuadrado de tamaño. Ese rompecabezas, compuesto de 1000 piezas, sería considerablemente más fácil de armar que un rompecabezas de 10000 piezas más pequeñas. “Especialmente”, dijo, “si imaginamos que la tapa de la caja no es un mamut sino un elefante, porque estamos usando genomas de referencia de elefantes”. Imagine también que las piezas del rompecabezas pueden caber en varios lugares distintos fácilmente.

Confirmar que el ADN que tenían era realmente auténtico y luego dar sentido a estos fragmentos genéticos fue un proceso gradual. Se necesitaron equipos de personas de nueve países utilizando una variedad de métodos para recopilar y comprender completamente lo que decían esos datos, particularmente los datos desconcertantes que rodean a Krestovka y su relación con el mamut colombino norteamericano (Mammuthus columbi). Finalmente todo hizo clic una noche cuando van der Valk y Dalén estaban sentados frente a una pizarra blanca. Dalén recuerda haber exclamado: “¡Es un híbrido! ¡Maldita sea, es un híbrido!”

Por eso había tanta confusión en torno a Krestovka. Estaban viendo un linaje de mamut completamente desconocido, que coexistió con mamuts lanudos durante el Pleistoceno medio en Siberia. Hasta la fecha, no tenemos otros fósiles que ofrezcan más detalles de este tipo de mamut. Además, el linaje representado por Krestovka parece haberse criado con mamuts lanudos, lo que llevó a la aparición del mamut colombino. En otras palabras, encontraron al antepasado de un eventual híbrido de mamut que se mudó de Siberia a América del Norte, convirtiéndose en lo que conocemos como el mamut colombino. Esto, según Lister, supone un descubrimiento significativo. Los científicos apenas están comenzando a comprender la hibridación en los mamíferos.

Mirte Bosse, investigadora de genómica en la Universidad de Wageningen que no participó en este estudio, dijo: “Creo que este hallazgo cuenta una historia importante al demostrar que el mestizaje entre linajes genéticamente muy distintos no es tan poco común como se pensaba anteriormente, y no solo está sucediendo en los últimos tiempos debido a los cambios climáticos, sino que es un fenómeno que también sucedió hace mucho más tiempo, en ocasiones sin un impacto humano directo”.

Para Dick Mol, un investigador del Museo de Historia Natural de Rotterdam, que no formó parte de este equipo pero que ha pasado medio siglo estudiando mamuts, esta investigación es “un hito”. Dijo que la historia de los mamuts “parece ser más complicada de lo que se suponía inicialmente”.

Lister, que ha pasado casi toda su carrera estudiando mamuts, está entusiasmado con el trabajo del ADN. Él y Sher pasaron décadas midiendo y observando manualmente los dientes de mamut de Rusia, otras partes de Europa y América del Norte antes de la muerte de Sher en 2008. Los cambios evolutivos se pueden ver, aunque de forma generalizada, dentro de la morfología de los dientes de mamut.

“Para mí, esto es lo más interesante”, dijo Lister sobre la investigación genética, “porque podemos comenzar a descubrir más sobre el animal como criatura viviente. Como paleontólogos, odio decir la palabra “nunca” en la ciencia, pero lo diré, NUNCA podríamos haberlo sabido por los huesos. Una cosa así es maravillosa”.

Miet Germonpré, paleontóloga del Real Instituto Belga de Ciencias Naturales que no participó en la nueva investigación, expresó su asombro de que el equipo pudiera descubrir ADN tan antiguo. “Esto se debe al clima frío que estuvo presente de manera más o menos continua en el extremo norte de Siberia”, escribió en un correo electrónico. “Esto significa que el ADN de los restos de otras especies de ese rango de tiempo en esta región también podría estudiarse en el futuro, lo que daría buenos resultados”.

De hecho, el equipo espera que su éxito anime a otros científicos a comenzar a buscar ADN antiguo en otros fósiles.

“Creo que hay tanto que no sabemos sobre este período de tiempo”, dijo Dalén. “No solo para los mamuts, creo que toda la evolución de los mamíferos en ese momento probablemente esté muy incompleta, porque se basa solo en la paleontología. Estoy bastante seguro de que cuando comencemos a observar otras especies, algo que por supuesto haremos, nos encontraremos con sorpresas similares”.

Shapiro está de acuerdo. “El pasado, por su propia naturaleza, es diferente del presente, por lo que está listo para ser descubierto”, dijo. “A medida que la tecnología mejore de manera que podamos acceder a información evolutiva (ADN, proteínas u otras biomoléculas conservadas) de fósiles más antiguos o peor conservados, aprenderemos más sobre cómo evolucionaron las especies, las poblaciones y los ecosistemas. Y no tengo ninguna duda de que seguiremos sorprendiéndonos con lo que descubramos ”. La pregunta de Pečnerová es: “¿Hasta dónde podremos llegar?”.