Pistas de ADN fósil descubiertas en el cráneo de un dinosaurio

Los científicos han descubierto estructuras celulares y una sustancia que se comporta como el ADN, en cartílagos de más de 70 millones de añosjueves, 12 de marzo de 2020

Durante miles de millones de años, el ADN ha servido como la molécula de información de la vida, que contiene instrucciones sobre cómo y cuándo construir las proteínas de los organismos vivos. Pero, ¿cuánto tiempo puede sobrevivir esa información biológica? En un nuevo estudio provocativo, un equipo internacional de investigadores revela fósiles de dinosaurios que están tan bien conservados, algunos contienen los contornos de las células y estructuras que podrían haberse formado a partir del ADN original de los dinosaurios.

El estudio, publicado la semana pasada en National Science Review, analiza dos huesos del cráneo juveniles del hadrosaurio Hypacrosaurus stebingeri , un dinosaurio herbívoro que vivió en lo que ahora es Montana hace unos 75 millones de años.

Dentro de los pequeños fósiles, los investigadores pueden ver lo que parecen ser células, algunas congeladas en el proceso de división. Otros contienen bolas oscuras que se parecen a los núcleos, las estructuras celulares que almacenan el ADN. Y una célula incluso parece contener bobinas oscuras y enredadas que se asemejan a los cromosomas, las cadenas condensadas de proteínas y de ADN que se forman durante la división celular.

El cartílago de un Hypacrosaurus contiene dos células congeladas en la división media (izquierda) que contienen material oscuro consistente con los núcleos. Una célula, vista a mayor aumento (centro), contiene lo que parecen ser cromosomas condensados. Cuando se sumerge en yoduro de propidio, que se usa para teñir el ADN en las células vivas, los pequeños puntos de condensación dentro de las células aisladas de Hypacrosaurus fluorescen (derecha), lo que sugiere la presencia de una sustancia que se comporta como el ADN.
Fotografía de Images by Alida Bailleul and Wenxia Zheng

"Es un nivel de preservación subcelular que nunca antes se había informado en un vertebrado", dice Alida Bailleul, investigadora postdoctoral en el Instituto de Paleontología y Paleoantropología de Vertebrados de China y autora principal del nuevo estudio.

Para probar el material fosilizado, los investigadores aplicaron manchas que se unen al ADN en las células vivas a las partes del cráneo de dinosaurio. Estas manchas se adhirieron a puntos particulares dentro de las células fósiles, haciéndolas brillar en rojo fluorescente y azul. Hasta donde los investigadores pueden decir, cualesquiera que sean las manchas vinculantes derivadas de las moléculas originales del dinosaurio sin que sea un contaminante externo como las bacterias.

¿El descubrimiento significa que podemos secuenciar ADN de dino? Ni siquiera cerca. Los investigadores no han intentado extraer ADN de las células fósiles, por lo que no han confirmado si el material es ADN inalterado o algún tipo de subproducto fósil de material genético que se descompone. Los científicos también advierten que, si el ADN está presente dentro de las células de los dinosaurios, probablemente esté en pequeños fragmentos, químicamente alterado y enredado con lo que una vez fue proteína.

"No estamos haciendo lo del Parque Jurásico ", dice Bailleul.

Aun así, el estudio sirve como un recordatorio de que los fósiles pueden preservar las estructuras microscópicas e incluso los rastros de las moléculas que formaron las células de un organismo, desde pigmentos hasta proteínas y más. Un estudio reciente incluso encontró biomoléculas en un fósil de Dickinsonia , una criatura que vivió hace más de medio billón de años, y los usó para confirmar que el organismo era un animal en lugar de otra forma de vida.

"Esta investigación todavía está en su etapa temprana, pero las posibilidades son absolutamente emocionantes si suspendemos nuestra incredulidad, profundizamos en los datos y continuamos probando y refinando nuestras ideas sobre la preservación molecular en los fósiles", dice David Evans, un paleontólogo de el Royal Ontario Museum que no participó en el estudio.

Células impactantes

El descubrimiento casual de las células de dinosaurios fosilizados comenzó en las tierras baldías de Montana en la década de 1980, cuando el paleontólogo de la Universidad de Chapman Jack Horner, luego en el Museo de las Montañas Rocosas de Montana, descubrió un sitio que contenía los huesos de varios Hypacrosaurus stebingeri enclavados Horner estudió los huesos de las extremidades de los juveniles, pero también encontró algunos cráneos de Hypacrosaurus entre los restos. Para ver la estructura interna de los cráneos, Horner y sus colegas incrustaron algunos de ellos en resina y luego los molieron en secciones ligeramente más gruesas que los mechones de cabello.

Las diapositivas con estos pequeños trozos de cráneo de dinosaurio permanecieron en la oscuridad durante más de dos décadas en el Museo de las Montañas Rocosas hasta Bailleul, luego un estudiante de doctorado en el museo: los sacó en el 2010 para estudiar las pequeñas articulaciones y suturas que mantienen unidos los cráneos. Mientras miraba las delgadas secciones bajo su microscopio, Bailleul notó pequeñas configuraciones circulares en el hueso supraoccipital de un pichón, que formaba parte de la parte posterior del cráneo.

Las estructuras circulares parecían células, y Bailleul notó que muchas de ellas tenían manchas más pequeñas y oscuras dentro de ellas, parecidas a núcleos. Algunos incluso contenían rollos enredados que le recordaban a Bailleul los cromosomas.

"Me asusté un poco, alejándome del microscopio, pensando, volviendo al microscopio", dice. "Pensé, ¡Dios mío, eso no puede ser, no hay nada más que puedan ser!"

Bailleul estaba tan atónita por lo que había visto que se lo guardó para ella durante un par de días, pero uno de los antiguos estudiantes de doctorado de Horner, paleontólogo de la Universidad Estatal de Carolina del Norte  Mary Schweitzer, estaba visitando el museo. Schweitzer, pionero en paleontología molecular, había publicado previamente evidencia de que los fósiles de dinosaurios podían preservar las células y, controvertidamente, incluso los rastros de sus proteínas originales.

Schweitzer miró los fósiles y estuvo de acuerdo en que Bailleul había encontrado algo extraordinario. Durante la próxima década, Bailleul trabajó con Horner, Schweitzer y sus colegas para estudiar los fósiles, tratando el esfuerzo como un proyecto paralelo a largo plazo. En el año 2014, el equipo recibió un inesperado aumento de confianza cuando un grupo sueco anunció que había encontrado  un helecho de 180 millones de años con núcleos y cromosomas fosilizados. "Cuando salió ese papel del helecho, pensé, Wow, está bien, no estamos locos", dice Bailleul.

Después de estudiar las estructuras celulares, el equipo quería tener una mejor idea de lo que estaban hechos los fósiles. Bailleul visitó el laboratorio de Schweitzer en Raleigh, Carolina del Norte, y trajo las muestras para analizarlas, verificando su trabajo con muestras de tejido de emú fresco (en un laboratorio diferente, para evitar la contaminación).

Primero, los investigadores aplicaron manchas químicas a los fósiles que se unen al cartílago, lo que sugiere que los fragmentos en desarrollo del cráneo de dinosaurio aún no se habían endurecido en hueso cuando los animales murieron, como sospechaba el equipo. Bailleul y Schweitzer aislaron algunas de las células fósiles y aplicaron yoduro de propidio y DAPI, dos manchas químicas ampliamente utilizadas en la investigación médica para visualizar el ADN fresco. Como era de esperar, las células del emu atrajeron mejor las manchas, pero las manchas también brillaron en puntos específicos dentro de las células de dinosaurios fosilizados.

"Ni siquiera quiero llamarlo ADN porque soy cauteloso y no quiero exagerar los resultados", dice Schweitzer. "Hay algo en estas células que es químicamente consistente y responde como el ADN".

¿Cómo se fosiliza el ADN?

Si el ADN intacto está presente en estos fósiles de dinosaurios, los científicos pueden necesitar reevaluar la robustez de la molécula. Estudios anteriores han encontrado que el material genético se desintegra en los huesos después de unos pocos millones de años. El genoma completo más antiguo jamás secuenciado proviene de un hueso de caballo de 700.000 años encontrado en Siberia, congelado en el permafrost desde la muerte del animal y los huesos de Hypacrosaurus son cien veces más viejos.

Los huesos son altamente porosos en la vida, lo que los convierte en cápsulas imperfectas de tiempo en la muerte. Las células de dinosaurios preservadas probablemente estaban incrustadas en el cartílago, dice Schweitzer, que carece de poros. La estructura del cartílago puede haber protegido las células en su interior, y sus componentes químicos, de manera más efectiva.

"El cartílago fosilizado y calcificado puede ser un lugar ideal para buscar biomoléculas excepcionalmente conservadas en otros fósiles, ya que este tejido puede ser menos propenso a la contaminación y a la descomposición interna que el hueso", dice Evans. "En el cartílago calcificado, las células quedan atrapadas y aisladas en su matriz y es más probable que se conserven en un microambiente sellado".

A pesar de la protección del cartílago, las manchas químicas podrían no unirse al ADN inalterado en los fósiles. Bailleul y Schweitzer dicen que, si el ADN está presente, puede haber sobrevivido debido a la formación de enlaces químicos adicionales dentro de diferentes partes de una sola cadena de ADN. En las criaturas vivientes, este tipo de reacciones, llamadas reticulaciones, son tan tóxicas que algunos medicamentos contra el cáncer inducen estos enlaces en el ADN tumoral. Pero durante la fosilización, los enlaces podrían ayudar a estabilizar el ADN a largo plazo.

Jasmina Wiemann, un estudiante de doctorado de Yale que se especializa en cómo se fosilizan las biomoléculas, dice que la reticulación entre el ADN y las proteínas también podría ayudar con la fosilización. Estudios anteriores han demostrado que el ADN y las histonas (proteínas que actúan como carretes para el material genético) pueden unirse el uno al otro. Agrega que se necesitaría más análisis químico para confirmar la idea.

Si las células de dinosaurio conservan el ADN inalterado, que es un gran sí, las manchas químicas nos dicen que las cadenas de ADN contienen al menos seis pares de bases, los "peldaños" individuales de la estructura en forma de escalera del ADN. Si bien las manchas solo proporcionan una longitud mínima, los fragmentos cortos probablemente no serían útiles para secuenciar el ADN. Beth Shapiro, una paleogenomicista de la Universidad de California, Santa Cruz, dice que los investigadores de ADN antiguo ignoran fragmentos de menos de 30 pares de bases, ya que las piezas de material genético no contienen suficiente información para ubicarse con precisión dentro de un genoma. Colocar fragmentos de ADN tan pequeños en un genoma completo sería como tratar de encontrar una oración específica en Moby Dick sabiendo solo que contiene la palabra "ballena".

Pero el ADN fósil que no se puede secuenciar aún podría ser útil. Wiemann y otros han demostrado que incluso las proteínas fósiles altamente alteradas pueden preservar información valiosa, como la tasa metabólica de un animal, y lo mismo podría ser cierto para los restos de ADN.

Se necesita más análisis químico para precisar con precisión lo que contienen estos fragmentos de cráneo de dinosaurio, pero Bailleul espera que, en el futuro, los científicos comprendan completamente cómo el ADN puede fosilizarse y qué información genética podrían contener esos fragmentos preservados.

"Seríamos científicos locos si lo dejáramos allí y no hiciéramos nada", dice Bailleul. "Sé que es un trabajo preliminar, pero si nadie comienza con algo, entonces nunca se llegará a ninguna parte".

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