Hallan evidencias de preservación celular y genética en fósiles de dinosaurio

Un equipo de científicos ha descubierto estructuras celulares y una sustancia que se comporta como el ADN en cartílago de más de 70 millones de años.

Wednesday, March 4, 2020,
Por Michael Greshko
Hypacrosaurus stebingeri
El hadrosáurido herbívoro Hypacrosaurus stebingeri vivió Hace más de 70 millones de años en la actual Montana. Un nuevo estudio de los huesos de crías de H. stebingeri ha hallado fósiles de células en proceso de división, núcleos y cromosomas, así como pistas tentadoras de ADN preservado.
Fotografía de MICHAEL ROTHMAN (ILUSTRACIÓN)

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

El estudio, publicado la semana pasada en la revista National Science Review, analiza dos huesos de cráneos de juveniles del hadrosáurido Hypacrosaurus stebingeri, un dinosaurio herbívoro que vivió en la actual Montana hace 75 millones de años.

Dentro de los fósiles diminutos, los investigadores pueden observar lo que parecen ser células, algunas paralizadas en el proceso de división. Otras contienen esferas oscuras que parecen núcleos, las estructuras celulares que almacenan ADN. Asimismo, una célula parece contener espirales enmarañadas y oscuras con aspecto de cromosomas, los hilos condensados de proteínas y ADN que se forman durante la división celular.

El cartílago de un Hypacrosaurus contiene dos células paralizadas en plena división (izq.) que contienen un material oscuro consistente con los núcleos celulares. Una célula, observada con más aumento (centro), contiene lo que parecen ser cromosomas condensados. Cuando se sumergen en yoduro de propidio, que se usa para teñir el ADN de células vivas, empiezan a brillar unos puntitos condensados dentro de las células aisladas del Hypacrosaurus (dcha.), lo que sugiere la presencia de una sustancia que se comporta como el ADN.
Fotografía de Alida Bailleul y Wenxia Zheng

«Es un nivel subcelular de preservación que nunca se ha documentado antes en un vertebrado», afirma Alida Bailleul, investigadora posdoctoral del Instituto de Paleontología y Paleoantropología de Vertebrados de China y autora principal del nuevo estudio.

Para analizar el material fosilizado, los investigadores aplicaron a los fragmentos del cráneo del dinosaurio tinciones que se adhieren al ADN en células vivas. Estos tintes se fijan a lugares específicos dentro de las células fosilizadas y hacen que brillen en rojo y azul fluorescentes. Hasta donde saben los investigadores, aquello a lo que se fijan los tintes se deriva de las moléculas originales del dinosaurio, no de un contaminante externo como las bacterias.

¿Significa este descubrimiento que podremos secuenciar el ADN? Ni de lejos. Los investigadores no han intentado extraer ADN de las células fosilizadas, así que no han confirmado si el material es ADN inalterado o algún tipo de subproducto fósil de la descomposición del material genético. Los científicos también advierten que si detectan la presencia de ADN dentro de las células del dinosaurio, probablemente serán fragmentos diminutos, químicamente alterados y enredados con lo que en su día fueron proteínas.

«No estamos haciendo lo de Parque Jurásico», afirma Bailleul.

Con todo, el estudio sirve para recordarnos que los fósiles pueden preservar estructuras microscópicas e incluso vestigios de las moléculas que componían las células de un organismo, como pigmentos o proteínas. Un estudio reciente descubrió biomoléculas en un fósil de Dickinsonia, una criatura que vivió hace más de 500 millones de años, y las usó para confirmar que el organismo era un animal y no otra forma de vida.

«Esta investigación aún está en pañales, pero las posibilidades son muy emocionantes si dejamos a un lado la incredulidad, indagamos en los datos y seguimos probando y refinando nuestras ideas sobre la preservación molecular en fósiles», afirma David Evans, paleontólogo del Museo Real de Ontario que no participó en el estudio.

Células desconcertantes

El descubrimiento fortuito de las células de dinosaurio fosilizadas comenzó en las badlands de Montana en los años 80, cuando el paleontólogo de la Universidad Chapman Jack Horner, que entonces trabajaba en el Museo de las Rocosas de Montana, halló un yacimiento que contenía los huesos de crías de Hypacrosaurus stebingeri. Horner estudió los huesos de las extremidades de los juveniles, pero también halló cráneos de Hypacrosaurus entre los restos. Para observar la estructura interna de los cráneos, Horner y sus colegas incrustaron algunos en resina y los molieron en secciones de un grosor ligeramente superior al de los mechones de pelo.

Los portaobjetos con estos trocitos de cráneo de dinosaurio permanecieron en la oscuridad del Museo de las Rocosas durante más de dos décadas hasta que Bailleul (entonces alumna de doctorado del museo) los sacó en 2010 para estudiar las pequeñas juntas y suturas que mantienen unidos los cráneos. Conforme analizaba estas finas secciones bajo el microscopio, Bailleul observó pequeñas configuraciones circulares en un hueso supraoccipital, que compone la parte posterior del cráneo.

Los investigadores hallaron células de Hypacrosaurus preservadas en del supraoccipital, un hueso que componía la parte posterior del cráneo. Conforme el dinosaurio maduraba, esta parte del cráneo se habría desarrollado, pasando de cartílago a hueso.
Fotografía de Alida Bailleul

Las estructuras circulares se asemejaban a células y Bailleul advirtió que muchas de ellas contenían puntitos más oscuros y pequeños parecidos a núcleos. Algunas incluso contenían espirales enredadas que recordaron a Bailleul a los cromosomas.

«Me quedé atónita. Me aparté del microscopio, pensé y volví al microscopio», cuenta. «Solo podía pensar: “¡Madre mía, no pueden ser ninguna otra cosa!”».

Bailleul se quedó tan perpleja por lo que vio que se lo calló durante un par de días, hasta que Mary Schweitzer, una de las exalumnas de doctorado de Horner y paleontóloga de la Universidad del Estado de Carolina del Norte, visitó el museo. Schweitzer, una pionera de la paleontología molecular, había publicado evidencias de que los fósiles de dinosaurios podían preservar células y (algo polémico) incluso trazas de sus proteínas originales.

Schweitzer analizó los fósiles y coincidió con Bailleul en que había encontrado algo extraordinario. Durante la década siguiente, Bailleul colaboró con Horner, Schweitzer y sus colegas para estudiar los fósiles, tratando esta tarea como un proyecto paralelo a largo plazo. En 2014, el equipo recibió una inyección de confianza inesperada cuando un grupo sueco anunció que había descubierto un helecho de 180 millones de años con núcleos y cromosomas fosilizados. «Cuando se publicó el trabajo sobre el helecho me dije: “Vale, entonces no estamos locos”», afirma Bailleul.

Tras estudiar las estructuras celulares, el equipo quería comprender mejor la composición de los fósiles. Bailleul visitó el laboratorio de Schweitzer en Raleigh, Carolina del Norte, y llevó las muestras para analizarlas. Revisaron su trabajo con muestras de tejido fresco de emú (en un laboratorio diferente, para evitar la contaminación).

En primer lugar, los investigadores aplicaron colorantes químicos a los fósiles que se fijan al cartílago, lo que sugería que los fragmentos del cráneo de dinosaurio aún no se habían endurecido cuando los animales murieron, como sospechaba el equipo. A continuación, Bailleul y Schweitzer aislaron algunas de las células fosilizadas y aplicaron yoduro de propidio y DAPI, dos tinciones químicas muy utilizadas en la investigación médica para visualizar el ADN fresco. Como era de esperar, las células de emú atraían mejor las tinciones, pero estas también se fijaron a puntos concretos del interior de las células de dinosaurio fosilizadas.

«Ni siquiera estoy dispuesta a llamarlo ADN porque soy prudente y no quiero exagerar los resultados. Hay algo más en estas células que es químicamente compatible con y responde como el ADN», afirma Schweitzer.

¿Cómo se fosiliza el ADN?

Si estos fósiles de dinosaurio contuvieran ADN intacto, los científicos quizá tendrían que reevaluar la robustez de la molécula. Estudios previos han determinado que en los huesos el material genético se desintegra tras unos pocos millones de años. El genoma completo más antiguo que se ha secuenciado pertenece a un hueso de caballo de 700 000 años hallado en Siberia, congelado en el permafrost desde la muerte del animal, y los huesos de Hypacrosaurus son casi cien veces más antiguos.

En vida, los huesos son muy porosos, por eso son unas cápsulas del tiempo imperfectas una vez muertos. Schweitzer afirma que es probable que las células preservadas de dinosaurio se quedaran incrustadas en el cartílago, que carece de poros. La estructura del cartílago podría haber protegido las células de su interior (y sus componentes químicos) con mayor eficacia.

«El cartílago fosilizado y calcificado podría ser un lugar ideal para buscar biomoléculas preservadas de forma excepcional en otros fósiles, ya que este tejido podría ser menos propenso a la contaminación y a la descomposición interna que el hueso. En cartílago calcificado, las células se quedan atrapadas y aisladas en su matriz y es más probable que se preserve en un microentorno sellado», afirma Evans.

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Pese a la protección del cartílago, es posible que los colorantes químicos no esté fijándose al ADN inalterado de los fósiles. Bailleul y Schweitzer sostienen que si hay ADN presente, podría haber sobrevivido mediante la formación de enlaces químicos adicionales dentro de partes distintas de una sola cadena de ADN. En criaturas vivas, estos tipos de reacciones (denominadas crosslinking o reticulación) 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, alumna de doctorado de Yale que se especializa en la fosilización de las biomoléculas, afirma que la reticulación del ADN y las proteínas también podría contribuir a la fosilización. Estudios anteriores han demostrado que el ADN y las histonas (proteínas que actúan como carretes para el material genético) pueden enlazarse. Añade que se necesitarán más análisis químicos para confirmar la idea.

Si las células de dinosaurio preservan ADN inalterado (e insistimos en ese «si» condicional), las tinciones químicas nos revelan que las cadenas de ADN contienen al menos seis pares de bases, los «peldaños» individuales de la estructura en escalera del ADN. Aunque los colorantes solo proporcionan una longitud mínima, es improbable que fragmentos tan cortos resulten útiles para secuenciar el ADN. Beth Shapiro, paleogenomicista de la Universidad de California, Santa Cruz, afirma que los investigadores del ADN prehistórico ignoran fragmentos de menos de 30 pares de bases, ya que los pedazos tan diminutos de material genético no contienen información suficiente para colocarlos con exactitud dentro de un genoma. Encajar fragmentos de ADN tan pequeños en un genoma completo sería como intentar encontrar una frase concreta en Moby Dick sabiendo que contiene la palabra «ballena».

Con todo, el ADN fosilizado que no puede secuenciarse sí puede tener utilidad. Wiemann y otros han demostrado que incluso las proteínas fósiles muy alteradas pueden preservar información valiosa, como la tasa metabólica de un animal, y podría aplicarse lo mismo a los vestigios del ADN.

Se necesitan más análisis químicos para determinar con precisión qué contienen estos fragmentos de cráneo de dinosaurio, pero Bailleul espera que en el futuro los científicos comprendan plenamente cómo puede fosilizarse el ADN y qué información genética podrían contener esos trocitos preservados.

«Seríamos científicos locos si lo dejáramos ahí y no hiciéramos nada», afirma Bailleul. «Sé que es un trabajo preliminar, pero si nadie empieza con algo, entonces no iremos a ninguna parte».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.
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