El ADN más antiguo que se conoce permite vislumbrar un Ártico que antes fue exuberante

En el permafrost del extremo septentrional de Groenlandia, los científicos han descubierto los fragmentos de ADN más antiguos que se conocen y ofrecen una visión extraordinaria de un ecosistema ancestral extraordinario.

El material genético data de hace al menos 2 millones de años, casi el doble que el ADN del mamut de Siberia, que ostentaba el récord anterior. Las muestras, descritas el miércoles en la revista Nature, proceden de más de 135 especies diferentes.

En conjunto, estas demuestran que una región situada a solo 960 kilómetros del polo norte alguna vez estuvo cubierta por un bosque de álamos y abedules, y habitada por mastodontes. Los bosques también albergaban caribúes y liebres árticas, y las cálidas aguas costeras estaban llenas de limulidae, o cangrejos herradura, una especie que en la actualidad ya no se encuentra en lugares más al norte de Maine.

Expertos independientes aclamaron el estudio como un gran avance.

“Parece casi mágico poder deducir una imagen tan completa de un ecosistema antiguo a partir de fragmentos diminutos de ADN conservado”, afirmó Beth Shapiro, paleogenetista de la Universidad de California en Santa Cruz.

“Creo que va a dejar a la gente boquiabierta”, comentó Andrew Christ, geocientífico de la Universidad de Vermont que estudia el Ártico antiguo. “En mi caso, así fue”.

El descubrimiento se produjo tras dos décadas de apuestas científicas y contratiempos frustrantes.

Uno de los líderes del proyecto, Eske Willerslev, fue pionero en los métodos para extraer ADN de los sedimentos cuando era estudiante de posgrado en la Universidad de Copenhague. En 2003, mientras estudiaban un trozo de permafrost siberiano, él y sus colegas hallaron ADN de hace 400.000 años de plantas como el sauce y las margaritas.

Aquel descubrimiento batió el récord de ADN más antiguo y muchos científicos dudaron que fuera posible hallar algo mucho más antiguo; sin embargo, en 2006, Willerslev y Kurt Kjaer, geocientífico de la Universidad de Copenhague, intentaron desafiar las probabilidades en el norte de Groenlandia. Se dirigieron a una formación geológica llamada Kap København, una serie de colinas despobladas tan desoladas como un paisaje lunar. Anteriormente, los científicos habían encontrado en ese lugar fósiles vegetales de una antigüedad aproximada de 2,4 millones de años. Encontrar ADN en los sedimentos habría sido asombroso.

“Si quieres que las cosas avancen, tienes que dar algunos saltos”, señaló Kjaer.

Los investigadores desenterraron permafrost y lo llevaron a Copenhague en busca de ADN. No encontraron nada.

En años posteriores, Willerslev y sus colegas tuvieron más éxito cuando examinaron sedimentos y huesos más jóvenes de otras partes del mundo. Descubrieron una gran cantidad de ADN humano antiguo que ha ayudado a reestructurar nuestra comprensión de la historia de nuestra especie.

Mientras tanto, los investigadores perfeccionaron sus métodos para extraer ADN de muestras antiguas y mejoraron las máquinas que utilizaban para secuenciarlo. A medida que mejoraban en la búsqueda de genes, sacaban más muestras de Kap København para hacer otro intento.

No obstante, fracasaron durante años, una y otra vez. De vez en cuando los tentaba lo que parecían fragmentos pequeños de ADN, denominados lecturas. Los investigadores no podían descartar la posibilidad de que trozos de ADN joven de Groenlandia, o incluso de su laboratorio, hubieran contaminado las lecturas.

Finalmente en 2017, tras una importante mejora de su tecnología, encontraron ADN en las muestras. El permafrost resultó estar cargado de material genético. Lograron recolectar millones de fragmentos de ADN en poco tiempo.

“Fue un gran avance”, comentó Willerslev. “Pasamos de no tener nada o muy poco, sin la certeza de que fuera real, a ver de repente que ahí estaba”.

Los investigadores alinearon los fragmentos con secuencias de ADN de especies vivas para averiguar a qué parte del árbol evolutivo pertenecían. Encontraron 102 tipos diferentes de plantas, 78 de ellas identificadas previamente a partir de fósiles y 24 plantas nuevas. El ADN vegetal mostraba que había bosques donde predominaban álamos y abedules.

Otras secuencias proceden de animales terrestres, como caribús, liebres, mastodontes, gansos, leminos y hormigas. Los investigadores también encontraron especies marinas, como cangrejos herradura, corales y algas.

“Superó todo lo que imaginábamos”, afirmó Kjaer.

Los investigadores también buscaron en el permafrost pistas nuevas sobre la edad de los fósiles. En el sedimento encontraron capas en las que los minerales revelaban que el campo magnético de la Tierra se había invertido. La antigüedad de esos cambios ayudó a los investigadores a determinar que Kap København tenía al menos 2 millones de años, pero no pudieron establecer un límite superior claro. “Mi instinto geocientífico me dice que es más antiguo”, explicó Kjaer.

Los investigadores descartaron la posibilidad de que el ADN procediera de especies más jóvenes que contaminaron el permafrost más antiguo. El ADN de los abedules carecía de muchas de las mutaciones que presentan las especies vivas, lo que indica que eran antiguos. El ADN también presentaba un patrón de daños que solo se produce cuando las moléculas han permanecido en sedimentos a lo largo de periodos geológicos.

“De verdad ayuda a demostrar que se trata de ADN antiguo”, afirmó Tyler Murchie, investigador postdoctoral de la Universidad McMaster quien no participó en el estudio nuevo.

A los investigadores les sorprendieron algunas de las especies que encontraron. En la actualidad los caribúes viven en Groenlandia, al igual que en gran parte del Ártico, pero hasta ahora, su registro fósil sugería que evolucionaron hace un millón de años. Ahora, su ADN duplica su historia evolutiva.

Love Dalén, paleogenetista de la Universidad de Estocolmo que el año pasado descubrió en Siberia ADN de mamut de 1,2 millones de años de antigüedad, se maravilló de que los mastodontes aparecieran en Groenlandia. “¿Qué demonios hacen hasta allá?”, se preguntó.

Willerslev y sus colegas siguen estudiando el ADN en busca de pistas sobre cómo pudieron prosperar todas estas especies a 1600 kilómetros al norte del círculo polar ártico. Por ejemplo, los árboles tenían que sobrevivir la mitad del año en la oscuridad. El ADN conservado durante 2 millones de años podría contener sus secretos de adaptación.

Los científicos también están interesados en saber cómo los fragmentos de ADN lograron sobrevivir tanto tiempo y desafiar las expectativas. Sus investigaciones indican que las moléculas de ADN pueden aferrarse a minerales de feldespato y arcilla, los cuales las protegen de daños mayores.

A partir de este descubrimiento, los investigadores están desarrollando métodos nuevos que esperan que les permitan extraer aún más ADN de sedimentos antiguos. Kjaer y sus colegas están explorando yacimientos de 4 millones de años de antigüedad en Canadá con la esperanza de batir su propio récord.

Según Dalén, es posible que lo logren, pero los daños que tanto él como los investigadores daneses están encontrando en el ADN más antiguo le hacen pensar que será imposible encontrar material genético antiguo de más de unos 5 millones de años. “Esto no sugiere en absoluto que vaya a salir ADN de fósiles de la edad de los dinosaurios”, dijo.

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