Logran, por primera vez, recuperar ADN nuclear de neandertales sin necesidad de huesos fósiles

Para Juan Luis Arsuaga , codirector de los yacimientos de Atapuerca y uno de los firmantes del artículo, «esta publicación puede sin lugar a dudas calificarse de histórica , porque a partir de ahora ya no harán falta fósiles humanos para identificar a los moradores de una cueva prehistórica. Es la primera vez en la historia que se consigue obtener ADN nuclear sin fósiles, directamente del sedimento. Un hito científico que no tiene precedentes ».

Los huesos y los dientes fósiles han sido, desde los comienzos de la Paleontología , una importante fuente de información sobre las especies y poblaciones humanas que precedieron a la nuestra. Tanto por lo que dicen por sí mismos con sus formas, tamaños, estructura, marcas y composición, como por lo que ocultan en algunas de las moléculas de ADN que, en su interior, han logrado sobrevivir al paso del tiempo y han sido recuperadas por los científicos. El estudio del ADN procedente de fósiles, en efecto, ha abierto a los paleontólogos todo un mundo nuevo de información que hace apenas unas décadas era imposible de alcanzar.

Sin embargo, no en todos los antiguos asentamientos humanos que los paleontólogos sacan a la luz hay huesos fósiles, y mucho menos que hayan conservado en buenas condiciones el ADN suficiente como para poder extraerlo con éxito. Las moléculas de ADN , sencillamente, se degradan y se destruyen con mucha facilidad , especialmente en climas cálidos.

Por eso, varios equipos de investigadores, entre ellos el que dirige Matthias Meyer , del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva y a cuyo grupo pertenece el primer firmante del artículo, Benjamin Vernot, llevan años intentando acceder a otra posible fuente de ADN prehistórico: los propios sedimentos de los lugares que saben que fueron ocupados por humanos. Es decir, el suelo que pisaban, los rincones en que dormían o cocinaban ... De esa forma, se podría prescindir de los fósiles humanos para identificar a los antiguos ocupantes de esos yacimientos.

Hasta ahora, la nueva técnica ha demostrado ser útil para recuperar ADN mitocondrial del sedimento de varios sitios arqueológicos. Pero nunca había sido posible conseguir por este método ADN nuclear . Y la diferencia entre ambos es enorme.

El ADN mitocondrial, en efecto, se encuentra en el interior de unas estructuras celulares llamadas mitocondrias, que se encargan de producir la energía que la célula necesita. Y es más sencillo secuenciar el ADN mitocondrial que el ADN nuclear porque hay muchas mitocondrias en cada célula, mientras que el ADN nuclear solo está en los cromosomas, dentro del núcleo celular. Además, el ADN mitocondrial es mucho más pequeño que el nuclear: su longitud es de solo 16.000 pares de bases (las 'letras' de la secuencia de ADN), mientras que el ADN nuclear, con sus 3.200 millones de pares de bases , es muchísimo más largo.

Por último, tampoco la información que contienen los dos tipos de ADN es la misma. El ADN mitocondrial se transmite solo por vía materna, mientras que el ADN nuclear lo hace tanto por vía paterna como materna . En resumen, el ADN nuclear guarda mucha más información que el mitocondrial. Pero al mismo tiempo también es enormemente más difícil y caro de secuenciar.

Por eso el logro es importante. Según ha explicado Arsuaga a ABC, «estamos ante un hito científico. Se había conseguido obtener ADN mitocondrial de sedimentos, pero nunca ADN nuclear. Esto no tiene precedentes. Y no va a ser fácil que se repita, porque no hay muchos yacimientos que se hayan conservado 'enlatados' como sucede con la Galería de las Estatuas, ni que se hayan excavado 'grano a grano' como hemos hecho nosotros».

Arsuaga, que lideró el equipo español que ha participado en el estudio, explica que la Galería de las Estatuas «es un yacimiento muy especial, que abrimos en 2008. Se encuentra dentro de la misma cueva que conduce a la Sima de los Huesos, pero en una galería distinta y que en tiempos de los neandertales estuvo comunicada con el exterior. Después esa entrada se derrumbó, y lo que se pisa ahora es un suelo estalagmítico, de roca. Actualmente, la única forma de acceder al lugar es a través de la Cueva Mayor».

Arsuaga pensó enseguida que bajo ese suelo estalagmítico podría haber un yacimiento . Y que si así fuera, asegura, sería «uno de los mejores del mundo para excavar, porque estaría totalmente sellado y tapado por la cubierta de roca». Debido a ese aislamiento total, en efecto, los sedimentos del yacimiento de la Galería de las Estatuas han mantenido constantes sus condiciones de humedad y temperatura y no han sufrido ninguna alteración por agentes naturales o por intervenciones humanas modernas.

«En 2008 hicimos dos catas -continúa Arsuaga-, levantamos el suelo estalagmítico y vimos que había signos de ocupación . En ese punto, podíamos haber hecho dos cosas. Destaponarla, abrir la cueva al exterior, que está solo a cinco metros de distancia, o dejarla sellada y recorrer cada día un kilómetro entero dentro de la Cueva Mayor para entrar, con frío y cargados de herramientas».

Optaron por lo segundo, para no alterar las condiciones de temperatura y humedad, y «así hemos estado trabajando todos estos años -recuerda Arsuaga-. Según pasaba el tiempo y avanzaba la investigación, empezamos a considerar seriamente la posibilidad de recuperar ADN del propio sedimento, algo de lo que se empezó a hablar en 2015. De modo que hace cinco años empezamos a muestrear los sedimentos para buscar ese ADN, y eso es lo que nos ha traído hasta aquí».

Para el estudio de 'Science' se ha extraído ADN de tres cuevas . Dos de ellas en Siberia, ambas con fósiles humanos que ya habían sido secuenciados previamente y que ahora se comparan con el ADN del sedimento. La tercera es la Galería de las Estatuas, en la sierra burgalesa de Atapuerca.

«Las otras dos cuevas -explica Arsuaga- están en Siberia, con condiciones de frío que conservan muy bien el ADN. Pero nosotros estamos en el Mediterráneo, y solo las condiciones excepcionales de la Galería de las Estatuas han permitido que el ADN se conserve a estas latitudes».

En las Estatuas, en efecto, no se han encontrado restos fósiles, excepto una falange del pie de un neandertal. Pero en el sedimento estudiado por los investigadores apareció ADN de por lo menos cinco individuos . Arsuaga explica que «tres de ellos están bien identificados, un hombre y dos mujeres , y luego hay ADN nuclear de otras dos o más mujeres ».

El ADN del individuo más antiguo perteneció a un varón neandertal datado en aproximadamente 110.000 años , aunque su estirpe se originó antes, hace 130.000 años. La fecha de esa 'radiación' (que es como se llama técnicamente a un conjunto de líneas evolutivas que se separan de un antepasado común) coincide con el último periodo cálido entre dos glaciaciones .

Los demás restos (de por lo menos cuatro mujeres) pertenecen a neandertales más recientes , genéticamente diferentes y que forman parte de una segunda radiación. Otra población, pues, que sustituyó a los neandertales más antiguos y cuya antigüedad se ha establecido en unos 80.000 años, justo al principio del último ciclo glaciar y con un clima, por tanto, mucho más frío.

«La segunda población -explica Arsuaga-, a la que pertenecen las mujeres, es algo más moderna que la primera y la sustituyó en toda Europa. Y resulta que nosotros las tenemos a las dos en el mismo sitio y en la misma secuencia vertical de la columna estratigráfica, lo cual es increíble. Es decir, que el ADN no solo nos permite decir quiénes eran, sino estudiar la evolución de los neandertales, la historia secreta de la especie. Pensábamos que algo así solo se podría hacer en Siberia, donde el frío ayuda a conservar las moléculas de ADN, pero nunca en el sur de Europa».

«Lo que estamos viendo -prosigue el investigador- es microevolución, cómo va cambiando la especie. La gente piensa que estuvieron allí todo el tiempo, que se quedaron en las cuevas y allí evolucionaron. Pero hemos visto que no es así. Lo que vemos es un mundo muy agitado. En Burgos hubo una población neandertal que desapareció. Y más tarde aparecieron otros neandertales, pero con genética distinta. No son sus herederos, sino que los reemplazan . En este tipo de poblaciones, poco numerosas, muchas veces se produce una extinción. El mensaje es que dentro de las especies que imaginamos con una vida tranquila y apacible, vemos que hay extinciones, radiaciones, reemplazos, sustituciones... es decir, muchas turbulencias. Las especies permanecen, pero las poblaciones son efímeras, aparecen y desaparecen, es una vida muy agitada. Y en la Galería de las Estatuas tenemos una 'fotografía' de ese proceso. Es algo único y muy difícil de encontrar en otros lugares».

Para Arsuaga, una buena parte del éxito de esta investigación reside en la forma en que se han llevado a cabo las excavaciones: «Hemos excavado el yacimiento milímetro a milímetro, de forma meticulosa y con un nivel de detalle enorme, porque las moléculas de ADN pueden moverse y estar más abajo. Pensábamos que en algún momento sería posible sacar ADN del propio sedimento, aunque no sabíamos cuándo. Por eso trabajamos desde el principio con una meticulosidad y resolución sin precedentes ».

El ADN, en efecto, no se recupera todo del mismo sitio, sino que las moléculas están muy degradadas y dispersas por todo el yacimiento. Lo que se va encontrando son trozos sueltos que luego, gracias a la bioinformática, se reconstruyen. «Es como hacer trizas un libro y luego recoger todos los trocitos para reconstruirlo -explica el investigador-. Y esos trozos, además, están en diferentes niveles de excavación, un enjambre de superficies de muestreo, una locura».

Para el codirector de Atapuerca, esta investigación « es un premio para la ciencia española . A veces en un hallazgo no hay ningún mérito. El primer ADN antiguo que se encontró, por ejemplo, fue en un fósil que se conocía desde hace un siglo y medio y que estaba en un museo. ¿Qué mérito tiene eso? Pero esto es diferente, una excavación entera hecha ex profeso para ese objetivo. No es lo mismo enviar al laboratorio un hueso en una cajita que hacer un trabajo súper fino para obtener muestras adecuadas. Este resultado es motivo de una satisfacción enorme, porque allí, en la Galería de las Estatuas, se ha trabajado de una forma que no es común en otros yacimientos».