Los fragmentos microscópicos de ADN ambiental fueron identificados en sedimentos de la Edad de Hielo en el norte de Groenlandia. Usando tecnología de punta, los investigadores descubrieron que son un millón de años más antiguos que el registro anterior muestreado de un hueso de mamut siberiano.
Un tronco de dos millones de años de un alerce todavía atrapado en el permafrost dentro de los depósitos costeros. El árbol fue llevado al mar por los ríos que erosionaron el antiguo paisaje boscoso. Crédito: Prof. Svend Funder.
El descubrimiento fue realizado por un equipo de científicos dirigido por el profesor Eske Willerslev y el profesor Kurt H. Kjær. El profesor Willerslev es miembro del St John’s College de la Universidad de Cambridge y director del Centro de Geogenética de la Fundación Lundbeck en la Universidad de Copenhague, donde también trabaja el profesor Kjær, un experto en geología.
«Finalmente se ha abierto un nuevo capítulo que abarca un millón de años adicionales de historia y, por primera vez, podemos mirar directamente el ADN de un ecosistema pasado tan atrás en el tiempo», dijo el profesor Willerslev.
Los profesores Eske Willerslev y Kurt Kjær exponen capas frescas para el muestreo de sedimentos. Crédito: Prof. Svend Funder.
«El ADN puede degradarse rápidamente, pero hemos demostrado que, en las circunstancias adecuadas, ahora podemos retroceder más en el tiempo de lo que nadie podría haberse atrevido a imaginar», añadió.
Las antiguas muestras de ADN se encontraron enterradas profundamente en sedimentos que se habían acumulado durante 20.000 años. El sedimento finalmente se conservó en hielo o permafrost y, lo que es más importante, los humanos no lo perturbaron durante dos millones de años.
Más específicamente, las muestras incompletas —de unas pocas millonésimas de milímetro de largo— se tomaron de la formación København, un depósito de sedimentos de casi 100 metros de espesor escondido en la boca de un fiordo en el océano Ártico, en el punto más septentrional de Groenlandia. El clima en Groenlandia en ese momento variaba entre ártico y templado y era entre 10 y 17 °C más cálido que en la actualidad. El sedimento se acumuló metro a metro en una bahía poco profunda.
Detalle de material orgánico en los depósitos costeros. Las capas orgánicas muestran rastros de la rica flora vegetal y la fauna de insectos que vivieron hace dos millones de años en Kap København, en el norte de Groenlandia. Crédito: Prof. Svend Funder.
Los científicos hallaron evidencia de animales, plantas y microorganismos —incluidos renos, liebres, lemmings, abedules y álamos—. Incluso encontraron que el mastodonte, un mamífero de la Edad de Hielo, deambuló hasta Groenlandia antes de extinguirse. Anteriormente se pensaba que el rango de los animales parecidos a elefantes no se extendía tan lejos como Groenlandia desde sus orígenes conocidos de América del Norte y Central.
Trabajo detectivesco
El trabajo de detective de 40 investigadores de Dinamarca, el Reino Unido, Francia, Suecia, Noruega, EE.UU. y Alemania reveló los secretos de los fragmentos de ADN.
El proceso fue laborioso: primero necesitaban establecer si había ADN escondido en la arcilla y el cuarzo y, si lo había, ¿podrían separar con éxito el ADN del sedimento para examinarlo? La respuesta, finalmente, fue sí. Los investigadores compararon cada fragmento de ADN con extensas bibliotecas de ADN recolectadas de animales, plantas y microorganismos actuales. Así, empezó a surgir una imagen del ADN de árboles, arbustos, pájaros, animales y microorganismos.
Reconstrucción de la formación Kap København hace dos millones de años en una época en la que la temperatura era significativamente más cálida que en la actualidad. Crédito: Beth Zaikenjpg.
Algunos de los fragmentos de ADN eran fáciles de clasificar como predecesores de las especies actuales, otros solo podían vincularse a nivel de género y algunos se originaron a partir de especies imposibles de ubicar en las bibliotecas de ADN de animales, plantas y microorganismos que aún viven en el siglo XXI.
Las muestras de dos millones de años también ayudan a los académicos a construir una imagen de una etapa previamente desconocida en la evolución del ADN de una variedad de especies que aún existen en la actualidad.
«Las expediciones son costosas y muchas de las muestras se tomaron en 2006 cuando el equipo estaba en Groenlandia para otro proyecto, se han almacenado desde entonces», detalló el profesor Kjær.
«No fue hasta que se desarrolló una nueva generación de equipos de secuenciación y extracción de ADN que pudimos localizar e identificar fragmentos de ADN extremadamente pequeños y dañados en las muestras de sedimentos. Eso significó que finalmente pudimos mapear un ecosistema de millones de años».
Cambio climático y adaptación
El profesor asistente Mikkel W. Pedersen, coautor del artículo y también con sede en el Centro de Geogenética de la Fundación Lundbeck, señaló que el ecosistema Kap København, que no tiene un equivalente actual, existió a temperaturas considerablemente más altas que las que tenemos hoy.
«A primera vista, el clima parece haber sido similar al que esperamos en nuestro planeta en el futuro debido al calentamiento global», dijo.
Localidad principal en la formación geológica Kap København. En la parte inferior de la sección, los depósitos marinos profundos están cubiertos por depósitos costeros de material arenoso fino. Las dos personas en la parte superior están tomando muestras de ADN ambiental. Crédito: Prof. Svend Funder.
«Uno de los factores clave aquí es hasta qué punto las especies podrán adaptarse al cambio en las condiciones que surgen de un aumento significativo de la temperatura. Los datos sugieren que más especies pueden evolucionar y adaptarse a temperaturas muy variables de lo que se pensaba anteriormente. Pero, crucialmente, estos resultados muestran que necesitan tiempo para hacer esto. La velocidad del calentamiento global actual significa que los organismos y las especies no tienen ese tiempo, por lo que la emergencia climática sigue siendo una gran amenaza para la biodiversidad y el mundo».
Mientras revisaban el ADN antiguo de la formación Kap København, los investigadores también encontraron ADN de una amplia gama de microorganismos, incluidas bacterias y hongos, que continúan mapeando. En un futuro trabajo de investigación se presentará una descripción detallada de cómo funcionaba biológicamente la interacción entre animales, plantas y organismos unicelulares dentro del antiguo ecosistema en el punto más septentrional de Groenlandia.
Reconstrucción artística del paisaje que rodea la formación Kap København en la actualidad. Este desierto ártico es uno de los ambientes más fríos y secos, lo que se refleja en la baja biodiversidad y producción. Crédito: Beth Zaiken/bethzaiken.com.
Ahora se espera que algunos de los «trucos» del ADN vegetal de dos millones de años descubierto puedan usarse para ayudar a que algunas especies en peligro de extinción sean más resistentes al calentamiento climático.
«Es posible que la ingeniería genética pueda imitar la estrategia desarrollada por las plantas y los árboles hace dos millones de años para sobrevivir en un clima caracterizado por el aumento de las temperaturas y evitar la extinción de algunas especies, plantas y árboles. Esta es una de las razones por las que este avance científico es tan significativo porque podría revelar cómo intentar contrarrestar el impacto devastador del calentamiento global», comentó el profesor Kjær.
Nuevo período para la detección de ADN
«El ADN generalmente sobrevive mejor en condiciones frías y secas, como las que prevalecieron durante la mayor parte del período desde que el material se depositó en Kap København. Ahora que hemos extraído con éxito el ADN antiguo de la arcilla y el cuarzo, puede ser posible que la arcilla pudo haber preservado el ADN antiguo en ambientes cálidos y húmedos en sitios encontrados en África», explicó Willerslev .
«Si podemos comenzar a explorar el ADN antiguo en los granos de arcilla de África, podremos recopilar información innovadora sobre el origen de muchas especies diferentes, tal vez incluso nuevos conocimientos sobre los primeros humanos y sus ancestros, las posibilidades son infinitas», concluyó.
Los resultados de las 41 muestras utilizables encontradas escondidas en arcilla y cuarzo han sido publicados en Nature.
