El 2013 estuvo lleno de grandes descubrimientos científicos y dentro de el amplio espectro de la ciencia está la que más interés genera en este blog, la paleontología. Antes de proceder a mencionar nuestra lista, quisiera aclarar algunos aspectos interesantes. Primero que nada, no estoy diciendo que estos sean los mejores descubrimientos, pues "mejor" es un término subjetivo, tampoco estoy diciendo que el orden de esta lista es la única permutación posible, cada quién puede reordenar esta lista o tirarla por la borda habiendo encontrado estos descubrimientos aburridos y prefiriendo el descubrimiento de una nueva especie que ni siquiera hizo su lugar en esta lista. Sin embargo, este listado no surgió de la nada, ni de opinión de una sola persona, para llevarlo a cabo se sometió a votación cada uno de los temas en un grupo lleno de aficionados y profesionales de la paleontología. También cabe aclarar que todos estos hallazgos se publicaron en revistas científicas arbitradas, lo que hace que no todos los "grandes" descubrimientos hechos en 2013 lograran llegar aquí, pues algunos se publicarán en cierto tiempo debido a las normas de publicación científica, que involucran revisión del trabajo por colegas especializados. Esto también hace que algunos de los descubrimientos de 2013 sean en realidad labor de investigación que tomó lugar en años posteriores, pero que hasta ahora se dieron a conocer. Así que sin más, pasemos a primera entrada del año 2014 en este blog.
NÚMERO 10
Neandertales y la vida después de la muerte
Publicado en: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (Actas de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos de América.
Cualquier descubrimiento sobre evolución humana es digno de merecer un puesto en nuestra lista, pues evoca en nosotros la forzosa necesidad de pensar ¿quiénes somos? Sabemos que en el pasado existieron muchas especies de homínidos que caminaban erguidos y que tenían gran parecido con nosotros, esto porque algunos de ellos eran nuestros ancestros y otros eran nuestros primos más cercanos, a ellos los denominamos homíninos y de entre ellos destaca el género Homo, pues el al que pertenecemos y además fue el último de una colección de géneros antropomórficos.
Esquema representativo de la evolución humana de autor desconocido. Las barras representan el tiempo geológico de presencia de las especies. Las barras azules representan al género Homo. Nota: faltan algunas especies en el esquema.
Una de las características más notorias de nuestra especie (Homo sapiens) es que tenemos la costumbre de enterrar a nuestros muertos. Esta costumbre varía un poco en la actualidad, pero básicamente todos nos hacemos cargo de nuestros difuntos de una forma ritual que implica la inherente posesión de pensamiento simbólico y en la mayoría de los casos, en la vida después de la muerte. Exista o no la "otra vida", nuestra especie parece estar programada genéticamente para pensar en que existe un después, por ello no dejamos a nuestros muertos podrirse bajo el sol y les damos un tratamiento ritual funerario.
Las personas del Tíbet practican un rito funerario llamado jhator o entierro celestial, que consiste en exponer los cadáveres humanos a los elementos y a las aves de presa. Esta práctica es una de las pocas excepciones al tradicional entierro humano.
Durante mucho tiempo se pensó que el enterrar a los muertos era exclusivo de nuestra especie y que era ese pensamiento simbólico lo que nos hacía únicos. En 2013 se demostró de forma bastante clara que no somos los únicos en llevar a cabo rituales funerarios. Tras 12 años de arduo trabajo de campo en "La Chapelle-aux-Saints" (la capilla de los santos), un sitio famoso por contener restos de nuestros primos más cercanos los Neandertales (Homo neanderthalensis), se demostró que ellos también enterraban a sus muertos y que lo hicieron al menos 20,000 años de entrar en contacto con nuestra especie, por lo que este comportamiento es propio de ellos.
El famoso primer espécimen de la Capilla de los Santos en Francia, representa a un Neandertal adulto.
La información apunta a que los neandertales excavaron por debajo del sedimento y un poco en la roca madre de la cueva para crear una tumba poco profunda en la cuál enterraron a sus muertos (un total de dos adultos y dos jóvenes). El análisis detallado reveló que esta oquedad antropogénica es previa al depósito de los sedimentos Quina Mousterian y a los depósitos glaciares que alteraron un poco la cueva.
Excavación de 1909 (izquierda) y de 2011 en la Capilla de los Santos. Las líneas blancas al fondo de la cueva representan el nivel del techo de la cueva. Tomado de Rendu et al. (2013 material suplementario).
Desde ahora debemos pensar en que nuestros primos eran social y culturalmente más complejos de lo que habíamos pensado y que eran en todo el sentido de la palabra, humanos.
Referencia bibliográfica: Rendu, W., Beauval, C., Crevecoeur, I., Bayle, P., Balzeau, A., Bismuth, T., ... y Maureille, B. (2013). Evidence supporting an intentional Neandertal burial at La Chapelle-aux-Saints. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201316780.
NÚMERO 9
T. rex cazador
Publicado en: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (Actas de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos de América.
Es el más estudiado y más popular de todos los dinosaurios, cuyo nombre es el único que 'suena una campana' en grandes y chicos, se trata de Tyrannosaurus rex, el rey lagarto tirano. Sus restos se comenzaron a descubrir desde 1874, pero no fue hasta que en 1902 se descubriera un esqueleto parcial en Hell Creek (la cantera del infierno) en Montana, Estados Unidos que se hiciera realmente importante.
Espécimen reconstruido Tyrannosaurus rex (CM 9380) usado originalmente por Osborn para describir a la especie en 1905.
Fue descrito por el presidente del Museo Americano de Historia Natural, el paleontólogo Henry Fairfield Osborn en 1905 y desde entonces siempre se pensó en Tyrannosaurus como un depredador, un asesino prehistórico sin par. Eso cambió cuando en 1917 el paleontólogo canadiense Lawrence Morris Lambe sugirió que el rey pudo haber sido un carroñero en lugar del majestuoso cazador de los sueños de todos. Su propuesta no fue respaldada por muchos, hasta que en 1993 el paleontólogo John R. “Jack” Horner revivió el debate sobre si T. rex era o no un cazador.
Lambe y Horner, las figuras más importantes en la hipótesis del T. rex carroñero.
A pesar de que no existen artículos científicos publicados por Horner u otros donde se sostenga la idea del rey carroñero, el debate se centró en los medios y en las charlas que él y otros paleontólogos impartían. Con el tiempo, las dudas de Horner llamaron la atención de muchos y se comenzó a publicar información con evidencia indirecta sobre los hábitos de caza de Tyrannosaurus que incluían la biomecánica del rey comparada con sus presas potenciales, una mordida sanada en un cuerno de Triceratops y un fragmento de cola arrancada de un pico de pato por un gigantesco carnívoro desconocido.
Edmontosaurus regalis con un mordisco que sanó. El culpable sigue suelto, pues no se pudo corroborar sin lugar a dudas que Tyrannosaurus era el culpable.
Aunque la evidencia era circunstancial, apuntaba directamente al rey como el perpetrador de dichos "crímenes". En 2013 la duda sobre los hábitos de caza de T. rex ha sido resuelta, favoreciendo profundamente la hipótesis del cazador. Esta vez se descubrió evidencia directa en una cola mordida de un pico de pato, un Edmontosaurus. Este animal presentaba un trauma severo en dos vértebras de la parte media de la cola donde ambas se habían fusionado producto de la osificación al rededor de un cuerpo extraño, el cuerpo fue examinado y resultó ser la parte superior del diente de un T. rex adulto.
El paleontólogo Robert DePalma señala el lugar donde permanece el diente de Tyrannosaurus en las vértebras del dinosaurio pico de pato.
Esto demuestra sin lugar a dudas que Tyrannosaurus cazaba y no vivía como un buitre todo el tiempo.
Referencia bibliográfica: DePalma, R. A., Burnham, D. A., Martin, L. D., Rothschild, B. M., y Larson, P. L. (2013). Physical evidence of predatory behavior in Tyrannosaurus rex. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(31), 12560-12564.
NÚMERO 8
Fue el clima y no el hombre
Publicado en: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (Actas de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos de América.
Uno de los temas más recurrentes e importantes en paleontología es la extinción. De todas las especies que alguna vez han existido, más del 99% se encuentran extintas. Este fenómeno se produce de forma tajante cortando un linaje evolutivo (extinción total) o cuando unas especies se transforman en otras (pseudoextinción). También podemos distinguir las extinciones si se producen de forma irregular en distintas especies o si se producen en un lapso de tiempo corto e incluyen a un gran número de especies (extinciones masivas).
Extinciones masivas reveladas por la extinción de géneros marinos. Tomado de Wikipedia.org
En la historia de la vida en la tierra han ocurrido varias extinciones masivas. La más reciente es la del Pleistoceno/Holoceno en la cual la mayor parte de la megafauna del planeta fue eliminada. Algunos científicos no reconocen a este evento como uno de extinción masiva por el número relativamente bajo de especies que se perdieron sin embargo, es quizá la más importante de todas, puesto que es la más próxima en el tiempo geológico a nosotros y porque le dio forma a la fauna de la actualidad. Las hipótesis del porqué desaparecieron los grandes animales varían, pero dos son las que se presentan como las más populares. La primera involucra cambios climáticos que afectaron severamente la flora y por tanto a la fauna, mientras que la segunda apunta al ser humano como el responsable directo de la desaparición de la megafauna.
Megafauna del continente Australiano. Ilustración del artista Peter Trusler.
Un nuevo estudio llevado a cabo en la región biogeográfica de Sahul (Australia e islas aledañas) demuestra que en realidad, la megafauna ya se encontraba en proceso de desaparición desde hace al menos 400,000 años y que para cuando el hombre arribó (hace 50,000 a 45,000 años) el ecosistema estaba ya dañado al punto de la extinción de las últimas formas de megafauna. El estudio muestra además que la parte del clima responsable fue la aridificación y descenso de las temperaturas.
Relación entre la megafauna de Sahul y el clima. La barra gris representa el arribo de los humanos al continente. Las barras verdes representan las especies que se extinguieron previo al arribo del hombre, mientras que las azules representan especies extintas cuando el hombre ya se encontraba en el continente. La línea punteada negra representa estabilidad climática, la azul representa el período glacial y la roja el incremento en la aridez. Modificado de Wroe et al. (2013).
Con esta nueva información ya no podemos culpar al hombre de la extinción de la megafauna de Sahul, ahora queda esperar a que estudios similares se lleven a cabo en otras partes del mundo para corroborar o refutar al clima como el responsable.
Referencia bibliográfica: Wroe, S., Field, J. H., Archer, M., Grayson, D. K., Price, G. J., Louys, J., ... y Mooney, S. D. (2013). Climate change frames debate over the extinction of megafauna in Sahul (Pleistocene Australia-New Guinea). Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(22), 8777-8781.
NÚMERO 7
Floración temprana
Publicado en: Frontiers in Plant Science (Fronteras en Ciencia de Plantas).
Las plantas terrestres (Embryophyta) son los organismos fotosintéticos más importantes, pues además de producir oxígeno, alteran el micro y macroclima, permitiendo el establecimiento de ecosistemas sin los cuales los animales terrestres probablemente no existiríamos. Sus orígenes se remontan al Cámbrico (ca. 510 Ma) y las primeras formas completamente terrestres (Tracheophyta) o vasculares, aparecieron en abundancia durante el Devónico temprano, hace unos 410 millones de años.
Reconstrucción de Aglaophyton major. Escultura realizada por Stephen Caine.
Tradicionalmente las podemos dividir en dos grupos, las plantas sin semillas y plantas con semillas (Spermatophyta). Las plantas sin semillas incluyen a los helechos y afines, mientras que las plantas con semilla se dividen en dos grupos importantes, las que poseen semillas desnudas (Gimnospermae) y las que producen semillas recubiertas por estructuras sexuales o las comúnmente llamadas 'plantas con flores' (Magnoliophyta).
Izquierda, cono de la gimnosperma Encephalartos sclavoi. Derecha, flores de la angiosperma Cirsium arvense. Tomado de Wikipedia.org
Los ecosistemas de la actualidad se encuentran dominados principalmente por plantas con flores y casi todas las plantas que usamos los humanos (especialmente para comer) son angiospermas. Sabemos por la evidencia fósil que las plantas con flores más antiguas conocidas datan del Cretácico temprano de China (ca. 125 Ma). Sin embargo, los estimados de reloj molecular apuntan a que deben de existir plantas con flores tan antiguas como durante el Triásico tardío o Jurásico temprano (según el modelo evolutivo que se considere).
Archaefructus liaoningensis del Cretácico temprano de China es la angiosperma más antigua conocida.
Un estudio de en 2013 nos dio la sorpresa de reportar por primera vez polen del Triásico medio (ca. 244.6 Ma) que se asemeja muchísimo al de las angiospermas. Los granos de polen son el gameto masculino de una planta con semilla y son de gran importancia para identificar grupos botánicos en el registro fósil. Sin embargo, los autores del estudio sugieren (con precaución) que los granos encontrados en sedimentos de Suiza pueden representar un grupo troncal de plantas con flores. Es decir, que son angiospermas o algún grado de angiospermas, pero que no tienen parientes vivos modernos. Como fuere, este polen llena un hueco en el registro fósil de las angiospermas de ¡más 100 millones de años!
Tipos de polen del Triásico medio de Suiza. De arriba a abajo y de izquierda a derecha, tipos I, II, III, IV, V Y VI. Barras de escala a 10 µm. Modificado de Hochuli y Feist-Burkhardt (2013).
Aunque es difícil afirmar o refutar la idea de que sean o no angiospermas, lo importante es que estos granos tienen la morfología esperada en una angiosperma o protoangiosperma antigua y abren la puerta a buscar en busca de estas elusivas plantas en el registro fósil.
Referencia bibliográfica: Hochuli, P. A., y Feist-Burkhardt, S. (2013). Angiosperm-like pollen and Afropollis from the Middle Triassic (Anisian) of the Germanic Basin (Northern Switzerland). Frontiers in plant science, 4.
NÚMERO 6
Los ecosistemas más antiguos de la tierra
Publicado en: Astrobiology (Astrobiología).
El origen de la vida en la tierra es un problema científico no resuelto, pues aún no sabemos todos y cada uno de los pasos que tomó la materia inorgánica hasta convertirse en un sistema capaz de autoreplicarse y heredar infomación. En realidad sólo nos faltan unos cuantos pasos para tener todo el esquema completo y demostrado. Cabe destacar que el origen de la vida NO es un problema que aborde la teoría de la Evolución biológica, pero es uno al que la paleontología y la geoquímica pueden echar una mano.
Protocélula en evolución. Imagen de Henning Dalhoff.
A este respecto, la evidencia más antigua de sistemas orgánicos procede del campo de la geoquímica isotópica, ésta consiste en rocas de hace 3,850 millones de años con una abundancia inusual del isótopo más ligero y abundante del carbono, el carbono-12. El problema de esta evidencia es que no sabemos con seguridad si se trata de organismos que ya heredaban información genética o no, por lo que podrían ser organismos o proto-organismos vivientes. Por otra parte, tenemos microfósiles australianos de hace 3,500 millones de años que son objeto de un acalorado debate, por lo que algunos ni siquiera los consideran formaciones orgánicas.
Evidencias más antiguas de vida en la tierra. Izquieda, valores isotópicos de Carbono-12 en tres sitios de Groenlandia, modificado de Mojzsis et al. (1996). Derecha, presuntos microfósiles de bacterias de Australia, tomado de Schopf (1993).
Los fósiles del Arcáico (eón en el que surgió la vida) se componen principalmente de estromatolitos y tapetes microbianos. Estas formaciones aún existen hoy y se componen de organismos unicelulares como bacterias y en menor grado arqueas. Su organización está dada por capas donde las diferentes especies llevan a cabo funciones distintas (las de la parte superior por ejemplo son generalmente fotosintéticas y las de abajo precipitan minerales y reducen el hierro).
Izquierda, sección de tapete microbiano moderno, fotografía de Kenneth Todar. Derecha, estromatolitos modernos en Exumas, Bahamas, fotografía de Vincent Poirier.
Una publicación de 2013 nos sorprendió al revelar los ecosistemas más antiguos conocidos de la tierra. Se trata de tapetes microbianos encontrados en la Formación geológica Dresser, en el oeste de Australia. Estas estructuras tienen una asombrosa antigüedad de ca. 3,480 millones de años, lo que hace de estos fósiles los representantes más viejos de un ecosistema en la tierra. Este trabajo extiende el rango del registro fósil de las estructuras sedimentarias inducidas por microorganismos en al menos ¡300 millones de años!
Ejemplos de algunas de las estructuras sedimentarias inducidas por microorganismos encontradas en Australia. Modificado de Noffke et al. (2013).
Por ahora, estos fósiles se mantienen además como la evidencia incontrovertible más antigua de vida en el planeta.
Referencia bibliográfica: Noffke, N., Christian, D., Wacey, D., y Hazen, R. M. (2013). Microbially Induced Sedimentary Structures Recording an Ancient Ecosystem in the ca. 3.48 Billion-Year-Old Dresser Formation, Pilbara, Western Australia. Astrobiology. 13(12): 1103-1124.
NÚMERO 5
Cresta de gallo
Publicado en: Current Biology (Biología Actual).
Los organismos fósiles nunca nos ofrecen un panorama completo de cómo fueron y sólo en raras ocasiones nos revelan más de lo que comúnmente podemos obtener con fósiles más ordinarios. Uno de los grandes problemas en paleontología es el desconocimiento de las partes blandas, esto podrá parecer poca cosa, pero no lo es. En realidad los tejidos suaves son de gran importancia porque en ellos yace la inmensa mayoría de la anatomía de un vertebrado, recordemos que el esqueleto es una especie de armazón en el que se monta el resto del organismo. Imaginemos lo mal que reconstruiríamos a los mamíferos si no conociéramos las estructuras blandas que poseen.
Izquierda, mala reconstrucción de un tapir (derecha), basada en la anatomía de un reptil y en el caso hipotético que no conociéramos a los mamíferos. Ilustración de Roberto Díaz Sibaja.
Con los dinosaurios sucede que en la mayoría de los casos tenemos sólo el esqueleto (o partes de éste) para tratar de reconstruir a estas impresionantes criaturas. De cuando en cuando nos sorprenden las "momias" o las impresiones de algunos que se conservan de forma exquisita en lagos y nos dejan ver las plumas que tenían, e incluso más sorprendente es que de sólo un puñado muy reducido podamos saber el color que lucieron en vida.
Fósil y reconstrucción de Anchiornis huxleyi con el color que lució en vida. Ilustración de Michael DiGiorgio.
Todo nuevo dinosaurio con evidencia de tejidos blandos es una excelente noticia, pues nos permite saber con mayor certeza cómo lucieron en vida y esta vez la sorpresa fue totalmente deslumbrante. Se reportó el hallazgo de una "momia" de Edmontosaurus regalis hallado en la Formación geológica Wapiti, localizada en Alberta, Canadá. El fósil (UALVP 53722) consiste en parte de la nuca, del cuello y la espalda de un adulto que fue arrastrado a un río una vez que presentó rigor mortis. Aunque el fósil no está completo, la parte conservada es excepcional, pues muestra evidencias de una cresta carnosa en lo alto de la parte trasera de la cabeza, análoga a la cresta que presentan los gallos.
Arriba, diagrama con fósil de Edmontosaurus regalis. Simbología: c. cresta, f-sq huesos del cráneo (f. frontal, po. postorbital, q. cuadrado, sq. escamoso), cv. vértebras cervicales y dv. vértebras dorsales. Abajo, reconstrucción en vida por Julius T. Csotonyi. Note los parches de escamas gruesas en el cuello tanto en la reconstrucción como en el fósil arriba. Modificado de Bell et al. (2013).
El fósil data de hace ca. 72.5 millones de años y sugiere que los hadrosáuridos sin crestas óseas la reemplazaron con crestas carnosas, posiblemente usadas con propósitos de reconocimiento individual y selección sexual. Esto abre el campo para futuros descubrimientos similares.
Referencia bibliográfica: Bell, P. R., Fanti, F., Currie, P. J., y Arbour, V. M. (2013). A Mummified Duck-Billed Dinosaur with a Soft-Tissue Cock’s Comb. Current Biology. 1-6.
NÚMERO 4
Causas del "big bang" animal
Publicado en: Science (Ciencia).
Contrario al evento que dio origen a nuestro universo, el big bang animal es una metáfora que hace referencia a un evento conocido como explosión cámbrica, este fenómeno es la súbita aparición de los animales en el registro fósil del Cámbrico, el primer período de la era Paleozoica y del Eón Fanerozoico. Este evento es un parteaguas evolutivo, pues supone el fin de los ecosistemas dominados por microorganismos y organismos poco o nada móviles y de planes corporales simples como los que encontramos en las biotas del Ediacárico (el período previo al Cámbrico).
Ecosistema del Ediacárico (izquierda) contra uno Cámbrico (derecha). Ilustraciones de John Sibbick.
La explosión cámbrica es uno de los misterios más discutidos en paleontología animal, tal es el caso que incluso Darwin le dedicó unas líneas al problema en su libro "El Origen de las Especies". Y aunque desde el tiempo del buen Charles hemos avanzado mucho en el entendimiento del evento Cámbrico, hasta el año pasado seguíamos sin tener una idea clara de cómo había pasado si bien, sabíamos a qué ritmo había pasado. Cabe aclarar además que la explosión cámbrica tomó lugar durante aproximadamente 27 millones de años (de hace 541 a 515 Ma), por lo que no sucedió de la noche a la mañana.
Evolución de linajes artropodianos durante el Cámbrico. Durante el Cámbrico y en tan sólo unos millones de años, las tasas de evolución morfológica y molecular fueron 4 y 5.5 veces (respectivamente) más rápidas que el ritmo de cambio actual. Modificado de Lee et al. (2013).
Para explicar el fenómeno, distintos grupos de trabajo propusieron hipótesis individuales que abarcaban cambios en el sistema geográfico de la tierra, cambios en la biología y ecología de los organismos y las comunidades así como cambios en la composición química del océano. El gran problema es que estas hipótesis eran tratadas de forma individual, como si lo demás no hubiera sucedido o sin crear ligas entre eventos relacionados.
Aumento en el nivel del mar durante el Cámbrico, una de las hipótesis individualistas para explicar la explosión cámbrica. Arriba Cámbrico temprano, hace 540 Ma. Abajo, Cámbrico tardío, hace 500 Ma. Mapas de Ron Blakey.
El trabajo más reciente que trata el tema es un trabajo raro en su tipo, pues no es sobre ciencia experimental o ciencia descriptiva, es sobre la unificación coherente de todas estas hipótesis individuales a partir del reconocimiento de los hechos probados y su relación con otros hechos. Esta unificación da como resultado la primer teoría capaz de explicar de forma holística y multidisciplinaria la explosión cámbrica como un fenómeno multifactorial.
Modelo de Smith y Harper (2013) que explica las causas de la explosión Cámbrica.
Esta teoría nos acerca más a entender el origen de casi todos los planes corporales animales, entre los que se encuentra el nuestro y resuelve lo que otrora fuera considerado imposible de resolver en décadas.
Referencia bibliográfica: Smith, M. P., & Harper, D. A. (2013). Causes of the Cambrian Explosion. Science., 341(6152), 1355-1356.
NÚMERO 3
Recuperación de los genomas más antiguos
Publicado en: Nature (Naturaleza) y en Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (Actas de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos de América.
Un genoma es la secuencia completa del ADN contenido en orgánulos como la mitocondria y el cloroplasto o bien, la totalidad de la información genética nuclear de un eucarionte o la totalidad de la información genética del "cromosoma" bacteriano o arqueano. Hace tan sólo 20 años no se esperaba poder tener secuencias completas del genoma de alguna criatura compleja y sin embargo, con el advenimiento de protocolos de extracción y herramientas de secuenciación tan poderosos como de los que disponemos, tenemos secuenciado el genoma de diversas criaturas, incluido el ser humano.
Algunos animales cuyos genomas han sido secuenciados. De izquierda a derecha, Homo sapiens, Protopterus aethiopicus, Mus musculus, Tetraodon nigroviridis y Drosophila melanogaster.
En el caso de los genomas antiguos, la creencia común entre los biólogos que no nos dedicamos a llevar a cabo extracción y análisis de ADN milenario es que es imposible obtener algo con más de 10,000 años de antigüedad y aunque han existido casos de extracción de ADN más antiguos que la fecha antes mencionada, la alegatas comunes rondan el típico "es que son sólo fragmentos" y el clásico "están conservados en hielo y por eso si se puede". Por lo tanto era necesario extraer y secuenciar algún genoma antiguo que no estuviera sepultado bajo el permafrost (suelo congelado desde las últimas glaciaciones).
Fósiles en permafrost.
En 2013 se rompieron récords, por un lado se obtuvo un genoma mitocondrial completo de oso de las cavernas antiguo (Ursus deningeri), procedente del yacimiento español de Sima de los Huesos en la Sierra de Atapuerca. Además del oso, en el mismo yacimiento se obtuvo una secuencia casi completa de un homínino del género Homo cuya morfología es intermedia entre Homo heidelbergensis y Homo neanderthalensis, pero cuyo análisis demostró que en realidad es más cercano a la misteriosa especie de humanos de Denisova, Rusia. Ambos genomas datan de hace unos 300,000 años, lo que los ubicó por breves momentos como los genomas más antiguos jamás secuenciados y los más antiguos que no fueron preservados en los hielos del permafrost.
Árboles filogenéticos construídos con el ADN extraído de los restos de Sima de los Huesos. Izquierda, filogenia de Ursus deningeri, demostrando ser el grupo hermano al ancestro de Ursus spelaeus + Ursus ingressus. Derecha, filogenia del Homo de Sima de los Huesos donde se aprecia que es el grupo hermano de los misteriosos denisovanos (azul celeste), este grupo a su vez es hermano de los neandertales (verde) + humanos modernos (azul rey para africanos y amarillo para el resto). Modificado de Dabney et al. (2013) y Meyer et al. (2013).
Acompañando al oso y al misterioso humano se encuentra la secuenciación de un material aún más antiguo, fechado entre 560,000 y 780,000 años antes del presente, con una edad media de 700,000 años. Se trata del genoma de un caballo (Equus sp.) del Pleistoceno medio inferior, que fuera extraído de un hueso conservado en permafrost del ártico de Canadá. El estudio reveló que el linaje de Equus que dió origen a todas las especies modernas de caballos, cebras, asnos, burros y onagros se originó entre hace 4 y 4.5 millones de años, que es más del doble de la edad aceptada para el origen de dicho linaje. Además el estudio demostró que Equus ferus przewalskii (el caballo salvaje de Asia) se separó del linaje del caballo doméstico (E. f. caballus) entre hace 38,000 y 72,000 años y desde entonces no ha tenido cruce con él.
Filogenia de caballos. En azul especies del Pleistoceno, Thistle Creek representa al caballo de hace 700,000 años. La línea verde representa al caballo salvaje de Asia y la roja al caballo doméstico. Tomado de Orlando et al. (2013).
Estos trabajos demuestran que el estudio de los genomas antiguos puede ir más allá de lo que se pensaba y aún así brindarnos información valiosa.
Referencias bibliográficas:
Dabney, J., Knapp, M., Glocke, I., Gansauge, M. T., Weihmann, A., Nickel, B., ... y Meyer, M. (2013). Complete mitochondrial genome sequence of a Middle Pleistocene cave bear reconstructed from ultrashort DNA fragments. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(39), 15758-15763.
Meyer, M., Fu, Q., Aximu-Petri, A., Glocke, I., Nickel, B., Arsuaga, J. L., ... y Pääbo, S. (2013). A mitochondrial genome sequence of a hominin from Sima de los Huesos. Nature.
Orlando, L., Ginolhac, A., Zhang, G., Froese, D., Albrechtsen, A., Stiller, M., ... & Jensen, L. J. (2013). Recalibrating Equus evolution using the genome sequence of an early Middle Pleistocene horse. Nature.
NÚMERO 2
Los pelos no hacen al mamífero
Publicado en: Nature (Naturaleza).
Una de las características más notables de los mamíferos modernos es la posesión pelo. Aún los mamíferos que nos parecen "calvos" poseen pelo ya sea en alguna etapa de su desarrollo o en sitios específicos de su cuerpo. Por ejemplo, los cetáceos (delfines, ballenas y parientes) tienen pelos cuando son embriones y algunos los retienen como vibrisas (los así llamados bigotes) cuando adultos por otro lado, los elefantes y rinocerontes que generalmente consideramos mamíferos sin pelo en realidad tienen pestañas (una forma de pelo) y una cola peluda, además tienen especies que no han tenido la necesidad de perder el pelo corporal por completo como el elefante asiático (Elephas maximus) o el rinoceronte de Sumatra (Dicerorhinus sumatrensis) o han tenido especies lanudas como Mammuthus primigenius o Coelodonta antiquitatis.
Ejemplos de mamíferos que consideramos "pelones". Arriba izquierda, vibrisas de la ballena yubarta (Megaptera novaeangliae). Arriba derecha, pelos de adulto de elefante (Elephas maximus). Abajo izquierda, rinoceronte de Sumatra (Dicerorhinus sumatrensis). Abajo derecha, reconstrucción de un rinoceronte y mamut lanudos (Coelodonta antiquitatis y Mammuthus primigenius respectivamente).
Los mamíferos son descendientes de unos 'reptiles' llamados sinápsidos que muestran una evolución no lineal hacia lo que consideraríamos un mamífero hoy en día, sino que evolucionaron las características típicas de los mamíferos en un mosaico. Estas características incluyen la heterodoncia (diferencias entre los dientes), el oído medio formado de tres huesecillos (surgido al menos en dos ocasiones) o la especialización de las vértebras lumbares sin costillas.
A veces los paleoartistas como Mike Keesey infieren pelaje en los sinápsidos y aunque no existen evidencias de que hayan tenido pelo, no es del todo descabellado.
Ninguna otra criatura tiene pelo como el de los mamíferos, pues este evolucionó exclusivamente en su linaje una única vez, la cuestión es cuándo es decir ¿esto ocurrió antes o después de que evolucionara el grupo denominado Mammalia que comprende monotremas, marsupiales y placentarios? Un descubrimiento del 2013 nos apunta a que en realidad el pelaje corporal surgió antes que los mamíferos, en unas criaturas denominadas Mammaliformes (con forma de mamífero).
Origen del pelo (punto rojo) en el linaje de los Mammaliformes según la nueva evidencia. Los organismos con evidencia directa de pelaje están resaltados a color. Australosphenida representa el linaje de los actuales monotremas como el ornitorrinco. Cladotheria representa el linaje de los actuales marsupiales + placentarios. La mayoría de las ilustraciones son de Kawasaki Satoshi. Cladograma de Wikipedia.org
El abanderado del descubrimiento es un pequeño llamado Megaconus mammaliaformis que fue encontrado en sedimentos de la Formación geológica Tiaojishan de Mongolia interior, China. La localidad data del Jurásico medio (entre hace 165 y 164 Ma) y contiene restos de otros mammaliformes populares como Castorocauda (un animal similar a un castor) y Volaticotherium (una especie planeadora) así como un par de mamíferos, Pseudotribos (similar a una musaraña) y Juramaia (el placentario más antiguo conocido). Megaconus exhibe características convergentes con mamíferos vegetarianos muy posteriores como dientes hipsodontos (de coronas altas) y cúspides alineadas longitudinalmente como en un elefante.
Izquierda, reconstrucción en vida y esquelética de Megaconus mammaliaformis, ilustraciones de April Isch. Derecha, holotipo de Megaconus.
El que Megaconus posea un pelaje desarrollado apunta a que el pelo en realidad evolucionó antes que los mamíferos y por lo tanto no es una característica nueva del grupo, sino una ancestral.
Referencia bibliográfica: Zhou, C. F., Wu, S., Martin, T., y Luo, Z. X. (2013). A Jurassic mammaliaform and the earliest mammalian evolutionary adaptations. Nature, 500(7461), 163-167.
MENCIONES HONORÍFICAS
Nuevos carnívoros gigantes
Publicado por: Public Library of Science (PLOS) ONE (Biblioteca pública de ciencia UNO) y Nature (Naturaleza).
Ambos son dinosaurios carnívoros gigantes de Norteamérica. El primero fue nombrado Lythronax argestes ("Rey sanguinario del sureste"), se trata de un pariente cercano de Tyrannosaurus que sucede que es el tiranosaurino más antiguo descubierto a la fecha y data del Cretácico tardío Campaniano (ca. 80 Ma), este nuevo dinosaurio antecede en 3 Ma a cualquier otro miembro de la familia Tyrannosauridae y curiosamente sugiere que la morfología primitiva de la familia es aquella que presenta T. rex, hocicos cortos y cabezas gruesas en vez de los hocicos largos y cabezas estrechas como los de Gorgosaurus, el miembro más antiguo de la familia. El segundo carnívoro fue nombrado Siats meekerorum ("Monstruo come hombres de Meeker"), se trata de el último dinosaurio carnívoro gigante del grupo Allosauroidea de Norteamérica, antes de el cambio de turno hacia ecosistemas dominados por gigantescos tiranosáuridos. Vivió durante el Cretácico tardío Cenomaniano (ca. 98.5 Ma). Este reptil expande el rango temporal de estos antiguos depredadores en este subcontinente en al menos 8 Ma y se posiciona como el tercer depredador más grande de Norteamérica con 4 toneladas de peso, siendo superado sólo por su primo más antiguo Acrocanthosaurus con 6.2 toneladas y por el rey de los dinosaurios, Tyrannosaurus rex con 6.8 toneladas.
Reconstrucciones de Lythronax argestes y Siats meekerorum por Andrey Atuchin y Julio Lacerda respectivamente. (Clic en los nombres para ver un tema más extenso para cada uno).
Referencias bibliográficas:
Loewen, M. A., Irmis, R. B., Sertich, J. J., Currie, P. J., y Sampson, S. D. (2013). Tyrant Dinosaur Evolution Tracks the Rise and Fall of Late Cretaceous Oceans. PloS one, 8(11), e79420.
Zanno, L. E., & Makovicky, P. J. (2013). Neovenatorid theropods are apex predators in the Late Cretaceous of North America. Nature communications, 4 (2827): 1-9.
Pequeños y problemáticos
Publicado por: Precambrian Research (Investigaciones Precámbricas).
Se describieron unos pequeños fósiles en forma de urna de entre 0.3 y 1.8 mm de longitud de la Formación geológica Hekpoort, Sudáfrica, con una antigüedad de 2,200 millones de años. Los restos presentan dos problemas mayúsculos, el primero es que se registraron en sedimentos que corresponden a un suelo antiguo, por lo que anteceden a cualquier planta terrestre en al menos ¡1,755 millones de años! También anteceden a toda forma de vida pluricelular macroscópica en más de ¡1,557 millones de años! hasta la llegada de las primeras esponjas. Pero eso no es todo, también representan a los organismos más complejos de la tierra en su momento, pues según el registro fósil y el reloj molecular, anteceden al grupo corona de eucariontes (el grupo que contiene el último ancestro común entre humanos y amebas) en ¡500 millones de años! Sin duda son todo un misterio, pues aún no han sido asignados a ningún grupo viviente o extinto.
Reconstrucción del holotipo de Diskagma buttonii. Izquierda, apariencia externa. Derecha, estructura interna. Tomado de Retallack et al. (2013).
Referencia bibliográfica: Retallack, G. J., Krull, E. S., Thackray, G. D., y Parkinson, D. (2013). Problematic urn-shaped fossils from a Paleoproterozoic (2.2 Ga) paleosol in South Africa. Precambrian Research. 235: 71-87.
NÚMERO 1
ADN de dinosaurio
Publicado en: Bone (Hueso).
Los dinosaurios son una de las más grandes historias del éxito de la vida en la tierra, su reinado durante el Mesozoico se extendió por más de 160 millones de años y nos legaron un linaje evolutivo moderno, las aves. Niños y adultos sienten fascinación por estas criaturas, particularmente por aquellas que son grandes y diferentes de todo lo que conocemos hoy. El gusto popular por los dinosaurios nació en la época victoriana, a la par que se descubrían a estos impresionantes reptiles y se mantuvo por más de 150 años sin necesidad de grandes esfuerzos. Cuando en 1993 se estrenó en los cines del mundo la cinta "Parque Jurásico" (una adaptación de la novela homónima de Michael Crichton), la dinomanía volvió con más fuerza que antes.
Al ver la cinta, la gente se preguntaba si la ciencia ficción que traía a los dinosaurios a la vida por medio de la clonación era algo posible. Los científicos de la época seguramente movían la cabeza de lado a lado en negación total, después de todo, el ADN es una molécula frágil que no dura mucho tiempo ¿cierto? Aún en la actualidad, el paradigma central de la ciencia del enterramiento y fosilización (Tafonomía) es que tras millones de años, todo componente orgánico original será eliminado del fósil de un organismo, incluido desde luego el frágil ADN. En 2007 un equipo de investigación de Estados Unidos reportaba el hallazgo de células y tejido original conservado de dinosaurios de hace unos 80 millones de años. El asunto generó tanta controversia que prácticamente se exigían pruebas más sólidas que "simples" fotografías de supuestos tejidos dinosaurianos.
En 2013 llegó un artículo que cambia por completo los paradigmas tafonómicos de degradación, decaimiento y fosilización vigentes. En dicho artículo, los investigadores probaron la hipótesis de que las estructuras de 2007 eran en realidad tejidos blandos preservados tras millones de años. Si ese era el caso, entonces las estructuras deberán contener aún algunos componentes originales de las células. Para demostrar o refutar dicha afirmación se dieron a la tarea de desmineralizar los fósiles sometiéndolos a baños de ácido, luego centrifugaron para separar la matriz mineral de los presuntos osteocitos (células de hueso) para después aplicar pruebas de anticuerpos específicos (que se unirían sólo a ciertas proteínas) usando como control negativo el sedimento que contenía a los fósiles (para descartar la posibilidad de contaminación) y además tomando medidas finas de seguridad biológica para evitar la contaminación bacteriana.
Los resultados van más allá de lo que las simples palabras pueden describir. Se usaron anticuerpos específicos para la detección de las proteínas actina, tubulina y fosfoendopeptidasa (PHEX) de pollo. La actina y tubiluna son proteínas del citoesqueleto de los osteocitos de vertebrados, mientras que la PHEX es una proteína necesaria para la mineralización del hueso (se seleccionó la de pollo porque las aves son el grupo viviente más cercano a los dinosaurios y era virtualmente imposible que los fósiles se contaminaran con huesos de ave) y finalmente se secuenció, la estructura de la histona H4, que es una proteína asociada al ADN de eucariotas y conservada en todos los animales (por lo que no debería estar presente si pensamos en que las presuntas células son en realidad bacterias, pues las bacterias no tienen histonas). En todos los casos se usó un control positivo (células de avestruz) para corroborar tanto la unión de los anticuerpos como el patrón de unión de los mismos.
Pero los autores fueron aún más allá y decidieron llevar a cabo un ensayo que muchos hubieran tachado de locura, se dispusieron a buscar rastros de ADN. El ensayo consistió en reacciones inmunológicas con anticuerpos específicos para ADN además de dos moléculas que por su estructura química sólo se intercalan en el ADN y en ningún otro sitio más, Yoduro de propidio y 4',6-Diamidino-2-fenilindol diclorhidrato II (DAPI II). Los resultados fueron nuevamente impactantes, pues fueron ¡positivos para ADN!
Hasta antes de este gran avance científico, se estimaba que la vida media del ADN era de aproximadamente 521 años en un ambiente óptimo y que para cuando hubiesen pasado unos 7 millones de años, todo el ADN se habría desintegrado en sus componentes elementales, las bases nitrogenadas (adenina, timina, citosina y guanina). El ensayo de Schweitzer y colaboradores refuta esta idea, pues de haberse desintegrado en bases, el ADN de dinosaurio no hubiera reaccionado jamás con los agentes intercalantes DAPI II y yoduro de propidio. Pero también arroja nuevas interrogantes como ¿es posible obtener secuencias más o menos completas? y ¿cómo es que se conservaron estas células y moléculas tras millones de años? A esta segunda interrogante, el equipo publicó recientemente que el hierro es el responsable de esta exquisita preservación (ver referencia 3).
Este descubrimiento cambia por completo nuestras ideas sobre la fosilización y sobre lo que es posible encontrar en el registro fósil y por ello se coloca como el avance más importante de este año.
Publicidad de la película "Parque Jurásico" de 1993.
Al ver la cinta, la gente se preguntaba si la ciencia ficción que traía a los dinosaurios a la vida por medio de la clonación era algo posible. Los científicos de la época seguramente movían la cabeza de lado a lado en negación total, después de todo, el ADN es una molécula frágil que no dura mucho tiempo ¿cierto? Aún en la actualidad, el paradigma central de la ciencia del enterramiento y fosilización (Tafonomía) es que tras millones de años, todo componente orgánico original será eliminado del fósil de un organismo, incluido desde luego el frágil ADN. En 2007 un equipo de investigación de Estados Unidos reportaba el hallazgo de células y tejido original conservado de dinosaurios de hace unos 80 millones de años. El asunto generó tanta controversia que prácticamente se exigían pruebas más sólidas que "simples" fotografías de supuestos tejidos dinosaurianos.
Células y tejido de dinosaurios. A-E espécimen MOR 555 de Tyrannosaurus rex (v). F-K espécimen MOR 699 de Triceratops horridus (w). L-P espécimen MOR 1125 de Tyrannosaurus rex (x). Q-U espécimen MOR 794 de Brachylophosaurus canadensis (y). Modificado de Schweitzer et al. (2007).
En 2013 llegó un artículo que cambia por completo los paradigmas tafonómicos de degradación, decaimiento y fosilización vigentes. En dicho artículo, los investigadores probaron la hipótesis de que las estructuras de 2007 eran en realidad tejidos blandos preservados tras millones de años. Si ese era el caso, entonces las estructuras deberán contener aún algunos componentes originales de las células. Para demostrar o refutar dicha afirmación se dieron a la tarea de desmineralizar los fósiles sometiéndolos a baños de ácido, luego centrifugaron para separar la matriz mineral de los presuntos osteocitos (células de hueso) para después aplicar pruebas de anticuerpos específicos (que se unirían sólo a ciertas proteínas) usando como control negativo el sedimento que contenía a los fósiles (para descartar la posibilidad de contaminación) y además tomando medidas finas de seguridad biológica para evitar la contaminación bacteriana.
Osteocitos desmineralizados de Tyrannosaurus rex (A-C) y Brachylophosaurus canadensis (D-F). Modificado de Schweitzer et al. (2013).
Los resultados van más allá de lo que las simples palabras pueden describir. Se usaron anticuerpos específicos para la detección de las proteínas actina, tubulina y fosfoendopeptidasa (PHEX) de pollo. La actina y tubiluna son proteínas del citoesqueleto de los osteocitos de vertebrados, mientras que la PHEX es una proteína necesaria para la mineralización del hueso (se seleccionó la de pollo porque las aves son el grupo viviente más cercano a los dinosaurios y era virtualmente imposible que los fósiles se contaminaran con huesos de ave) y finalmente se secuenció, la estructura de la histona H4, que es una proteína asociada al ADN de eucariotas y conservada en todos los animales (por lo que no debería estar presente si pensamos en que las presuntas células son en realidad bacterias, pues las bacterias no tienen histonas). En todos los casos se usó un control positivo (células de avestruz) para corroborar tanto la unión de los anticuerpos como el patrón de unión de los mismos.
Ensayos inmunológicos con Tyrannosaurus rex (A-C), Brachylophosaurus canadensis (D-F) y avestruz (G-I). Las partes iluminadas en verde son aquellas que reaccionaron para cada proteína indicada en la parte superior. Modificado de Schweitzer et al. (2013).
Pero los autores fueron aún más allá y decidieron llevar a cabo un ensayo que muchos hubieran tachado de locura, se dispusieron a buscar rastros de ADN. El ensayo consistió en reacciones inmunológicas con anticuerpos específicos para ADN además de dos moléculas que por su estructura química sólo se intercalan en el ADN y en ningún otro sitio más, Yoduro de propidio y 4',6-Diamidino-2-fenilindol diclorhidrato II (DAPI II). Los resultados fueron nuevamente impactantes, pues fueron ¡positivos para ADN!
Respuesta a ensayos de ADN en células aisladas de dinosaurios. A-C células de Tyrannosaurus rex, D-F células de Brachylophosaurus canadensis y G-I células de avestruz. Note que en todos los casos las reacciones son específicas, positivas y sólo en ciertas áreas, indicando presencia de ADN. Modificado de Schweitzer et al. (2013).
Hasta antes de este gran avance científico, se estimaba que la vida media del ADN era de aproximadamente 521 años en un ambiente óptimo y que para cuando hubiesen pasado unos 7 millones de años, todo el ADN se habría desintegrado en sus componentes elementales, las bases nitrogenadas (adenina, timina, citosina y guanina). El ensayo de Schweitzer y colaboradores refuta esta idea, pues de haberse desintegrado en bases, el ADN de dinosaurio no hubiera reaccionado jamás con los agentes intercalantes DAPI II y yoduro de propidio. Pero también arroja nuevas interrogantes como ¿es posible obtener secuencias más o menos completas? y ¿cómo es que se conservaron estas células y moléculas tras millones de años? A esta segunda interrogante, el equipo publicó recientemente que el hierro es el responsable de esta exquisita preservación (ver referencia 3).
Este descubrimiento cambia por completo nuestras ideas sobre la fosilización y sobre lo que es posible encontrar en el registro fósil y por ello se coloca como el avance más importante de este año.
Referencias bibliográficas:
Schweitzer, M. H., Wittmeyer, J. L., y Horner, J. R. (2007). Soft tissue and cellular preservation in vertebrate skeletal elements from the Cretaceous to the present. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 274(1607), 183-197.
Schweitzer, M. H., Zheng, W., Cleland, T. P., y Bern, M. (2013). Molecular analyses of dinosaur osteocytes support the presence of endogenous molecules. Bone. 52: 414-423.
Schweitzer, M. H., Zheng, W., Cleland, T. P., Goodwin, M. B., Boatman, E., Theil, E., ... y Fakra, S. C. (2013). A role for iron and oxygen chemistry in preserving soft tissues, cells and molecules from deep time. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 281(1775), 20132741.
Espero que esta lista haya sido de su agrado. Si lo fue no olvide votar al final del tema, comentar y compartir esta nota. Gracias por su lectura y feliz inicio de año 2014.
Schweitzer, M. H., Wittmeyer, J. L., y Horner, J. R. (2007). Soft tissue and cellular preservation in vertebrate skeletal elements from the Cretaceous to the present. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 274(1607), 183-197.
Schweitzer, M. H., Zheng, W., Cleland, T. P., y Bern, M. (2013). Molecular analyses of dinosaur osteocytes support the presence of endogenous molecules. Bone. 52: 414-423.
Schweitzer, M. H., Zheng, W., Cleland, T. P., Goodwin, M. B., Boatman, E., Theil, E., ... y Fakra, S. C. (2013). A role for iron and oxygen chemistry in preserving soft tissues, cells and molecules from deep time. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 281(1775), 20132741.
Espero que esta lista haya sido de su agrado. Si lo fue no olvide votar al final del tema, comentar y compartir esta nota. Gracias por su lectura y feliz inicio de año 2014.
