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Descubrimiento del ADN más antiguo del mundo rompe récord de un millón de años y pinta la imagen de un Ártico que una vez fue mucho más exuberante de lo que es ahora.

La flecha del tiempo siempre apunta hacia el futuro, por lo que el viaje hacia atrás en el tiempo es imposible. Sería interesante ver el surgimiento y caída de las civilizaciones o cómo vivían los humanos del pasado, nos llevaríamos muchas sorpresas, o quizás no. También sería fascinante viajar al Carbonífero para poder contemplar libélulas gigantes y escolopendras aterradoras, o ver los colores de las plumas de antiguos dinosaurios del Cretácico. Pero no puede ser.

Tampoco conseguiremos la resurrección de esos seres tan antiguos tal y cómo aparece en la película Jurasic Park. El ADN es una molécula muy frágil que no se conserva en el tiempo, ni siquiera encapsulada en una pieza de ámbar. Sin embargo, sí se ha recuperado ADN antiguo más reciente, incluso de hace un millón de años.

El ADN antiguo es una ventana al pasado. Al igual que los grandes telescopios pueden ver el pasado del Universo apuntando lo suficientemente lejos, el ADN preservado en buenas condiciones nos habla de los seres que vivían en ese pasado remoto de cuando no había humanos sobre la Tierra. Pero, ¿por qué nos tenemos que conformar con una o dos especies si podemos hacernos con el ADN antiguo de todo un ecosistema?

Ahora se publica un maravilloso estudio que nos releva los seres que vivían en el norte de Groenlandia de hace más de dos millones de años y que ofrece una visión extraordinaria de un formidable ecosistema antiguo. Con ello no solamente se pulveriza la plusmarca anterior de ADN antiguo, sino que es equivalente a encontrar una biblioteca perdida. Por primera vez, podemos mirar directamente el ADN de un ecosistema pasado tan atrás en el tiempo. Incluso ha sido posible reconstruirlo. Ecosistema que pertenece a una época de cuando la temperatura, en ese lugar, era significativamente más cálida que en la actualidad. Es como abrir un capítulo oculto de la historia de la evolución, un capítulo que abarca un adicional millón de años a lo que ya se conocía.

El descubrimiento fue realizado por un equipo de científicos dirigido por el Eske Willerslev (Universidad de Cambridge ) y Kurt H. Kjaer (Universidad de Copenhague) y en el que han participado 40 investigadores de distintas instituciones internacionales.

La Formación København es 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, a solo 1000 km del polo Norte. Consiste en una serie de colinas desnudas tan desoladas como un paisaje lunar. Esta formación está repleta de tocones petrificados y otros restos de un antiguo bosque boreal, pero solo se ha descubierto un fósil de vertebrado allí: un diente de liebre.

El estudio se basa en el análisis de 41 muestras procedentes de sedimentos de arcilla y cuarzo de esta formación geológica. En estas muestras han logrado encontrar fragmentos de ADN ambiental antiguo gracias al uso de una tecnología punta que solo está disponible desde hace muy poco tiempo. Este ADN es un millón de años más antiguo que el anterior récord procedente de un hueso de mamut siberiano. Los investigadores esperan que los resultados puedan ayudar a predecir el costo ambiental a largo plazo del calentamiento global actual.

Aunque el ADN se degrada rápidamente, estos investigadores han podido demostrar que, en las circunstancias adecuadas, se puede retroceder más en el tiempo de lo que nadie podría haberse atrevido a imaginar. Creen saber cómo los fragmentos de ADN lograron sobrevivir tanto tiempo sin degradarse totalmente en este caso. Su investigación indica que las moléculas de ADN pueden adherirse a los minerales de feldespato y arcilla que así se habrían evitado daños mayores. Básicamente, las superficies cargadas de estos minerales habrían capturado el ADN y lo habrían protegido de las enzimas degradantes y de agentes oxidantes.

Las antiguas muestras de ADN se encontraron enterradas profundamente en sedimentos que se fueron acumulados durante un lapso de 20 000 años. El material se fue acumulando metro a metro en una bahía poco profunda. El sedimento finalmente se conservó en hielo o permafrost y los humanos no lo han perturbado durante estos dos millones de años.

El clima en Groenlandia en ese momento era entre 10 y 17 °C más cálido que en la Groenlandia de la actualidad.

El análisis del ADN encontrado en las muestras permitió a los investigadores identificar los animales, plantas y microorganismos que vivían allí en esa época. Entre otros había mastodontes, caribúes, gansos, renos, liebres, lemmings, hormigas, cangrejos herradura, corales y algas. De momento se han identificado más de 135 especies diferentes en total.

De entre ellas se encontraron 102 tipos diferentes de plantas, incluidas 78 que se habían identificado previamente a partir de fósiles y 24 nuevas. El ADN de las plantas pintó un cuadro de bosques dominados por álamos y abedules.

Los investigadores también encontraron ADN de una amplia gama de microorganismos, incluidas bacterias y hongos, que continúan analizando. En un futuro trabajo de investigación se presentará una descripción detallada de cómo funcionaba biológicamente la interacción entre animales, plantas y organismos unicelulares en ese ecosistema.

Hay que mencionar que se descarta la posibilidad de que el ADN provenga de especies más recientes y que el permafrost antiguo haya sido contaminado por ellas. Así, por ejemplo, el ADN de los abedules carece de muchas de las mutaciones que tienen las especies actuales, lo que indica que las muestras son de ADN antiguo.

El proceso para conseguir este logro fue laborioso. Primero necesitaban establecer si había ADN escondido en la arcilla y el cuarzo y, si lo había, cómo se podría obtener este ADN del sedimento para examinarlo. Una vez conseguido, compararon el ADN obtenido con las bases de datos de ADN existentes de seres actuales. Así, poco a poco, pudieron ir averiguando las especies que había.

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 proceden de especies imposibles de ubicar en las bases de datos de seres vivos actuales.

Los investigadores se sorprendieron con algunas de las especies que encontraron. Los caribúes viven hoy en gran parte del Ártico, pero, hasta ahora, su registro fósil sugería que surgieron por evolución hace un millón de años. El hallazgo duplica su historia evolutiva.

También es sorprendente que hubiera mastodontes en Groenlandia. ¿Cómo llegaron allí? Los fósiles de mastodonte conocidos más cercanos eran restos de 75 000 años de antigüedad encontrados en Nueva Escocia, que son mucho más jóvenes que el ADN de Groenlandia y mucho más al sur.

Los investigadores determinaron que los mastodontes de Groenlandia de hace dos millones de años pertenecían a una rama profunda del árbol genealógico de los mastodontes, una que antes se desconocía. Eso podría significar que son los ancestros de los mastodontes del Pleistoceno tardío que conocemos, o que podrían representar una nueva especie.

Ecológicamente, los mastodontes encajarían bien en un bosque de álamos y abedules en Groenlandia, como lo hicieron en los bosques de América del Norte. Si bien los caribúes son más comunes en las tundras del norte, una subespecie actual vive en los bosques canadienses y ofrece pistas sobre cómo podría haber prosperado el antiguo caribú.

Por otro lado, la presencia de cangrejos herradura en las aguas costeras poco profundas sugiere que tanto el océano como la tierra firme eran notablemente más cálidos que ahora. Los cangrejos herradura actuales están mucho más al sur.

No es fácil explicar la supervivencia de todas estas especies en esa localización. Aunque las temperaturas eran más cálidas que en la actualidad, la duración de los días y noches es igual que ahora. Los árboles, por ejemplo, tenían que sobrevivir la mitad del año en la oscuridad. El ADN conservado durante dos millones de años puede contener sus secretos de adaptación a esas condiciones.

«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. 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 reconstruir un ecosistema de millones de años», dice Kjaer.

El descubrimiento se produjo después de dos décadas de apuestas científicas y frustraciones. En 2006, Willerslev y Kjaer intentaron desafiar las posibilidades de encontrar ADN antiguo en el norte de Groenlandia. Se dirigieron a la formación geológica Kap København para probar suerte. Anteriormente, los científicos habían encontrado allí fósiles de plantas para los que se estimaba una edad de 2,4 millones de años. Pensaron que encontrar ADN en esos sedimentos sería fabuloso.

Los investigadores tomaron muestras del permafrost y las llevaron a Copenhague para buscar ADN, pero no tuvieron éxito. En años posteriores tuvieron más éxito cuando examinaron sedimentos y huesos más jóvenes de otras partes del mundo. En el camino, ajustaron sus métodos para extraer ADN de muestras antiguas y mejoraron las máquinas que usaban para secuenciarlo. A medida que mejoraron la técnica, lograron obtener más muestras de Kap København para intentarlo otra vez. Fracasaron una y otra vez.

Finalmente, después de una importante actualización en su tecnología, encontraron ADN en las muestras en 2017. El permafrost resultó estar cargado de material genético. En poco tiempo habían recolectado millones de fragmentos de ADN.

A la vez, los investigadores también buscaron en el permafrost pistas sobre la edad de las muestras. Encontraron capas en el sedimento en las que los minerales revelaron que el campo magnético de la Tierra se había invertido. Esas inversiones ayudaron a los investigadores a determinar que Kap København tenía al menos dos millones de años, pero no pudieron establecer una cota superior clara.

El ecosistema de Kap København no tiene un equivalente actual, porque existió a unas temperaturas considerablemente más altas que las que tenemos hoy en día. A primera vista, el clima parece haber sido similar al clima que esperamos que haya en nuestro planeta en el futuro debido al calentamiento global. El problema es que el ritmo de cambio actual es tan rápido que las especies no tendrán tiempo de adaptarse.

«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 conseguir 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: la extinción está en el horizonte para algunas especies, incluidas plantas y arboles», dice Mikkel W. Pedersen, coautor del estudio.

Los autores especulan con que el ADN vegetal hallado pueda 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 de hace dos millones de años para sobrevivir en un clima caracterizado por el aumento de las temperaturas y evitar así 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», sostiene Kjaer .

El ADN generalmente sobrevive mejor en condiciones frías y secas, como las que se dieron durante la mayor parte del período desde que el material se depositó en Kap København, pero Willerslev especula que se pueda encontrar en otros lugares: «ahora que hemos extraído con éxito el ADN antiguo de la arcilla y el cuarzo, puede que sea posible que la arcilla haya preservado el ADN antiguo en ambientes cálidos y húmedos en lugares de África. Si podemos comenzar a explorar el ADN antiguo en los granos de arcilla de África, podremos recopilar información novedosa sobre el origen de muchas especies diferentes, tal vez incluso nuevos conocimientos sobre los primeros humanos y sus ancestros. Las posibilidades son infinitas».

Estos investigadores están ya desarrollando nuevos métodos que esperan les permitan extraer ADN de sedimentos aún más antiguos. Ahora exploran sitios de cuatro millones de años en Canadá con la esperanza de romper su propio récord. ¿Dónde está el límite? Algunos expertos dicen que puede que esté en los cinco millones de años.

Quizás podamos extendernos más atrás en el tiempo de lo que pensamos que sea posible. ¿Qué nuevos paisajes de pasado se nos revelarán?

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Ilustración: Beth Zaikenjpg.
Fotos del paisaje actual: Svend Funder.
Foto de los estratos: Kurt H. Kjaer.