Logran secuenciar el ADN más antiguo del mundo a partir de dientes de mamut de un millón de años

Un equipo de científicos ha secuenciado el ADN más antiguo hasta la fecha, y los resultados brindan información sin precedentes sobre la evolución de estos mamíferos extintos que habitaron Norteamérica en la Edad de Hielo: los mamuts lanudos y los mamuts colombinos.

No es la primera vez que se secuencia el genoma de un mamut, ni tampoco se trata de la fórmula para clonar al animal. Más bien, el estudio, publicado el miércoles en la revista, examina ADN de más de un millón de años y marca un hito en la investigación de ADN antiguo, un campo que se encuentra en rápido crecimiento. Concretamente, casi duplica el récord del genoma más antiguo que se ha secuenciado.

El ADN procede de tres molares de mamut hallados en Siberia a principios de la década de 1970 por el paleontólogo ruso Andrei Sher, un experto en mamuts. Los investigadores estiman que uno de los dientes tiene entre 500.000 y 800.000 años, mientras que los dos más antiguos datan de entre un millón y 1,2 millones de años. Antes de este hallazgo, el ADN más antiguo que se había secuenciado pertenecía al fósil de caballo de casi 700.000 años, hallado en el territorio del Yukón, en Canadá.

“Este fósil de más de un millón de años abre un nuevo intervalo de tiempo, por así decirlo, y habilita una nueva perspectiva evolutiva”, afirma Tom van der Valk, autor principal del estudio y bioinformático de la Universidad de Uppsala que trabajó en el estudio en el Centre for Palaeogenetics de Estocolmo, Suecia.

Gracias a este hallazgo, los científicos ahora cuentan con datos sorprendentes sobre la evolución de los mamuts de Norteamérica. Por ejemplo, el ADN de los dientes sugiere que el mamut columbino, una de las principales especies norteamericanas de mamut, es una especie híbrida que surgió hace entre 400.000 y 500.000 años, algo que ha podido conocerte dado que el ADN más antiguo del estudio es anterior a la cruza de las especies. “En el caso de organismos de orden superior como los vertebrados, es casi imposible citar una especie de la que se haya obtenido una muestra antes de que surja como especie”, afirma el coautor del estudio Love Dalén, genetista del Centre for Palaeogenetics.

Cuanto más antiguos sean los registros del ADN, más información aportan sobre cómo ha sido la evolución. Los autores señalan que el éxito del estudio también radica en que, en condiciones ideales, podría ser posible obtener pruebas de un pasado evolutivo aún más remoto, de algunos millones de años atrás (Si fuera más antiguo, el ADN se descompondría en fragmentos demasiado pequeños para poder examinarlos).

El análisis de los dientes comenzó en el 2017, cuando el Centre for Palaeogenetics recibió muestras de los molares de la Russian Academy of Sciences. Con trajes de protección, los que hoy, en la era de la COVID-19, lamentablemente nos resultan tan familiares, un equipo liderado por la genetista Patrícia Pečnerová (hoy investigadora posdoctoral en la Universidad de Copenhague, Dinamarca), obtuvo 50 miligramos de polvo de cada muestra. Luego, Pečnerová extrajo pequeñas cantidades de ADN a través de una serie de baños químicos, que concentraron el ADN en gotitas de fluido del tamaño de un grano de pimienta.

“Para procurar la mínima contaminación, debo “encerrarme” herméticamente con una mascarilla y una pantalla facial”, afirma Pečnerová. “Si una sola célula humana cae dentro del tubo, la muestra se arruina”.  

Secuenciar el ADN fue solo el principio. Después, van der Valk y sus colegas tuvieron que asegurarse de observar solamente los fragmentos de ADN más antiguos y que efectivamente pertenecieran a un mamut. Después de todo, los dientes habían estado enterrados durante un millón de años en un permafrost lleno de microbios e incontables científicos los habían excavado y manipulado a lo largo de casi cinco décadas. A pesar de los esfuerzos para prevenir la contaminación, los investigadores tuvieron que discriminar el ADN que se había impregnado en los dientes en el transcurso del viaje.

Tras semanas de cómputos informáticos, el equipo logró identificar fragmentos de ADN de mamut de apenas 35 pares de bases y mapearlos en un genoma que, en vida, tenía más de 3.000 millones de pares de bases.

Secuencia con sorpresas

El nuevo estudio ya ha arrojado luz sobre cómo fue la evolución de los mamuts de Norteamérica. Para sorpresa de los investigadores, las secuencias de ADN del nuevo estudio son incluso anteriores al origen del mamut columbino, una de las dos principales especies de mamut que vivieron en Norteamérica. Esta información ha sido vital para conocer cómo evolucionaron los mamuts.

Hace 1,5 millones de años, los parientes del mamut de la estepa de Europa y Asia habían llegado a Norteamérica desde Siberia, cruzando un puente terrestre que hoy está cubierto por el estrecho de Bering. Tiempo después, estos inmigrantes darían origen al mamut columbino. Entre 100.000 y 200.000 años atrás, Norteamérica tenía al menos dos clases principales de mamuts: mamuts lanudos en el norte y mamuts columbinos que ocupaban una larga extensión hacia el sur, y llegaban hasta México. Estudios genéticos previos ya habían revelado la cruza entre los mamuts columbinos y los mamuts lanudos.

Durante años, los paleontólogos han utilizado los característicos molares superiores de los mamuts para diferenciar las especies. A partir de los dientes de mamut fosilizados, los paleontólogos han especulado que los mamuts que habitaron Norteamérica hace 1,5 millones de años eran mamuts columbinos. Pero, si bien el registro fósil de dientes muestra continuidad, el registro genético del nuevo estudio de ADN revela cambios.

Dos de los genomas de mamut del nuevo estudio pertenecen al linaje que más adelante derivó en los mamuts lanudos. Pero el ADN del diente más antiguo de los tres, que los científicos han llamado Krestovka por el río donde lo encontraron, parece pertenecer a un linaje genético desconocido que hace 1,5 millones de años se separó del linaje que incluía a los otros dos dientes.

Cuando el equipo de van der Valk comparó el enigmático genoma de mamut con el ADN de mamut columbino ya secuenciado, los investigadores concluyeron lo siguiente: el mamut columbino es una especie híbrida que apareció entre 400.000 y 500.000 años atrás, después de que los mamuts de Krestovka y los mamuts lanudos siberianos se cruzaran en algún lugar de Siberia, Norteamérica o Beringia, el puente terrestre que antiguamente conectaba ambos lugares.

Hace unos 200.000 años, tras la segunda cruza en Norteamérica, el mamut columbino incorporó a su genoma un 11 o 13 por ciento de los mamuts lanudos. Para la época en que se extinguió el mamut columbino, hace unos 12.000 años, se calculó que casi tres quintas partes de su genoma provenían del mamut lanudo, mientras que los otros dos quintos procedían del enigmático mamut de Krestovka, de quien solo se conoce lo que el ADN de un solo diente pudo revelar.

El estudio también revela la gran capacidad del mamut para adaptarse al frío, y para hacerlo de forma tan temprana. Anteriormente, se realizaron estudios de ADN que examinaron genéticamente la supervivencia del mamut lanudo en entornos de temperaturas muy bajas. Pero muchas de las variantes genéticas relacionadas con la resistencia al frío del mamut lanudo aparecieron en mamuts mucho más antiguos. El nuevo estudio ha revelado que hasta el 85 por ciento de las variantes ya estaban presentes hace más de un millón de años en los mamuts de la estepa de Siberia, parientes ancestrales de los mamuts lanudos.

Y hace más de un millón de años, según las evidencias fósiles, los mamuts ya vivían en latitudes elevadas, así que no resulta extraño que estos gigantes hubiesen desarrollado adaptaciones para resistir el frío. Sin embargo, el estudio permite vislumbrar a qué ritmo lograron este proceso adaptativo. Parece que los mamuts desarrollaron estas variantes de genes a un ritmo más o menos constante, no a intervalos.

Detalles en el ADN

Los paleontólogos afirman que el descubrimiento de que los mamuts columbinos eran híbridos fomentará la continua evaluación del registro fósil de los mamuts norteamericanos, que ya está en marcha.

Una investigación reciente que compara dientes fosilizados de mamut con árboles familiares genéticos ha concluido que la forma y el tipo de dientes coinciden significativamente entre las regiones de Norteamérica. El nuevo estudio enfatiza este detalle: no se observa un cambio sustancial en los dientes fosilizados de los mamuts norteamericanos antes y después de hace 500.000 años, aunque los cambios genéticos que dieron lugar al mamut columbino hayan sido enormes.

“Sin contar con la genética, por lo general analizaríamos la morfología, o los cambios de forma, y sin esos cambios de forma no podemos documentar cambios en las especies”, afirma Lindsey Yann, paleontóloga del Waco Mammoth National Monument en Texas, Estados Unidos. “Cuando se dispone de ese componente genético, podemos separar las cosas y demostrarlo con los datos disponibles”.

Para Adrian Lister, coautor del estudio, paleontólogo del Natural History Museum de Londres y destacado experto en mamuts, el estudio también pone de relieve un interrogante que sigue sin resolverse: cómo definir los dientes de los mamuts norteamericanos en los casos en que el ADN no está disponible. Genéticamente hablando, si los mamuts columbinos no aparecieron hasta hace entre 400.000 y 500.000 años, ¿cómo deberían definir los paleontólogos los dientes de mamuts más antiguos que parecen idénticos? Hasta la fecha, no se ha hallado ADN de dientes de mamuts norteamericanos que daten de más de medio millón de años.

Dalén comenta que, para llenar más piezas en este rompecabezas, se abocará de lleno, junto con sus colegas, al estudio de los dientes de mamuts norteamericanos. Así, como posibles candidatos para la futura secuenciación, el equipo ya cuenta con un diente de mamut de 500.000 años de Canadá y un diente de 200.000 años que probablemente perteneció a un mamut lanudo.

Y ahora que los científicos han traspasado la barrera del millón de años, quizá muy pronto aparezca un ADN aún más antiguo. “Esa es la pregunta del millón, y creemos que, con un buen espécimen a disposición, es muy factible que traspasemos la barrera de los dos millones”, afirma Dalén.