Las proteínas más antiguas, recuperadas del diente de un rinoceronte de hace más de 20 millones de años enterrado en el Ártico

Durante décadas, los científicos se han basado en la forma y la estructura de los fósiles o, más recientemente, en el ADN antiguo para reconstruir la historia evolutiva de especies extintas hace mucho tiempo. Sin embargo, el ADN es frágil y rara vez sobrevive más de un millón de años, por lo que es imposible encontrarlo en los fósiles más antiguos. El más antiguo conocido tiene 2 millones de años y fue recuperado de sedimentos de la Edad de Hielo en el norte de Groenlandia, una auténtica hazaña. Las proteínas obtenidas en el Ártico amplían la escala temporal diez veces.

Si bien se han encontrado proteínas antiguas en fósiles de hace diez millones de años, la obtención de secuencias lo suficientemente detalladas como para inferir relaciones evolutivas con solidez se limitaba anteriormente a muestras de no más de 4 millones de años. Según los investigadores, el nuevo trabajo demuestra el extraordinario potencial de las proteínas para persistir a lo largo de vastas escalas de tiempo geológicas en las condiciones adecuadas.

«Este descubrimiento es revolucionario en el estudio de la vida antigua», afirma Ryan Sinclair Paterson, del Instituto Globe de la Universidad de Copenhague y autor principal del estudio llevado a cabo en el Ártico. «Hemos abierto un nuevo capítulo en la paleontología molecular. Imaginen poder utilizar datos moleculares para comprender organismos que vivieron hace decenas de millones de años, mucho antes de la evidencia más temprana de ADN antiguo», añade el coautor Enrico Cappellini.

El equipo recuperó secuencias parciales de siete proteínas diferentes del esmalte y más de 1.000 cadenas cortas de aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas), llamados péptidos. Al analizar estos péptidos, pudieron reconstruir secuencias de proteínas antiguas que totalizan más de 250 aminoácidos. Para confirmar que las proteínas y los aminoácidos eran genuinamente antiguos y no contaminación moderna, los investigadores buscaron e identificaron signos reveladores de daño relacionado con la edad y los compararon con lo que cabría esperar de las condiciones de enterramiento del fósil durante más de 20 millones de años en un entorno ártico.

Los investigadores creen que el éxito de este estudio se puede atribuir a dos factores clave: la elección del tejido y el entorno de conservación único del fósil. El esmalte dental, la sustancia más dura del cuerpo de los vertebrados, proporciona un 'andamio' excepcionalmente estable que puede proteger las proteínas antiguas de la degradación a lo largo del tiempo geológico. La dureza del esmalte, resultante de una compleja estructura de minerales, actúa como una barrera protectora, ralentizando la descomposición de las proteínas que se produce después de la muerte.

Además, el fósil fue descubierto en el cráter Haughton, en el Alto Ártico canadiense, una región cubierta por permafrost. Durante millones de años, este entorno ha tendido a ser relativamente frío, a menudo bajo cero, lo que mitiga significativamente los efectos de la degradación de proteínas.

«El cráter Haughton podría ser un lugar verdaderamente especial para la paleontología: una bóveda biomolecular que protege a las proteínas de la descomposición a lo largo de vastas escalas de tiempo geológicas», explica Paterson. «Su singular historia ambiental ha creado un 'yacimiento paleomolecular', con una preservación excepcional de biomoléculas antiguas, similar a cómo ciertos yacimientos preservan los tejidos blandos. Este hallazgo debería impulsar más trabajo de campo paleontológico en regiones frías de todo el mundo».

Las secuencias de proteínas recuperadas permitieron a los investigadores ubicar con seguridad al espécimen de 21 a 24 millones de años dentro del árbol genealógico del rinoceronte. Su reconstrucción evolutiva sugiere que este antiguo rinoceronte divergió de otros rinocerótidos durante el Eoceno Medio-Oligoceno (hace unos 41-25 millones de años). Fundamentalmente, los datos también arrojan nueva luz sobre la divergencia entre las dos subfamilias principales de rinocerontes, Elasmotheriinae y Rhinocerotinae, lo que sugiere una división más reciente en el Oligoceno (hace unos 34-22 millones de años) que algunas estimaciones previas basadas únicamente en el análisis de las características óseas.

«Los datos paleoproteómicos proporcionan una nueva y poderosa herramienta para resolver profundas relaciones evolutivas que han permanecido esquivas durante mucho tiempo», afirma Fraser, quien participó en el análisis evolutivo.

El segundo equipo, codirigido por el Instituto de Conservación del Museo Smithsonian y la Universidad de Harvard, halló proteínas en el esmalte de que fósiles de mamíferos de Kenia, de entre 1,5 y 18 millones de años de antigüedad. Las proteínas se degradan más rápido en condiciones cálidas, por lo que el hallazgo resulta excepcional para comprender la historia más remota de los ecosistemas tropicales.

«La degradación natural de las proteínas limita gravemente nuestra capacidad para comprender plenamente cómo vivieron y evolucionaron estos animales. Sin embargo, nuestros hallazgos revelan que las proteínas atrapadas en el esmalte denso pueden persistir durante más tiempo, incluso en entornos tropicales donde la temperatura acelera la pérdida de proteínas, y pueden revelar detalles sobre la vida en épocas mucho más remotas del registro fósil», subraya Timothy Cleland, físico del Instituto de Conservación del Museo e investigador principal de este estudio.

El equipo de investigación analizó especímenes de múltiples puntos geológicos en la cuenca de Turkana, Kenia, que ha producido el registro más rico de la evolución de mamíferos del Cenozoico en África oriental y es también una de las regiones más cálidas del mundo. Examinaron fragmentos de proteínas que abarcaban desde fósiles de elefantes de 1,5 millones de años hasta fósiles de Arsinoitheriidae de 29 millones de años, una familia de ungulados extintos similares a los rinocerontes. El equipo descubrió que los fósiles más jóvenes contenían la mayor cantidad de fragmentos de péptidos intactos.

«El ADN antiguo ha supuesto una revolución en nuestra comprensión de los orígenes humanos recientes», afirma Daniel Green, director del programa de campo de la Universidad de Harvard y autor principal del estudio. «Esperamos que la paleoproteómica pueda conducir a una revolución similar en el estudio de los procesos evolutivos que ocurrieron muchos millones de años antes».

Para Green, uno de los hallazgos más importantes del estudio es la cantidad de información que se puede almacenar de forma segura en el mineral dental durante decenas de millones de años. «Estas son las estructuras más duras de nuestro cuerpo, y ya sabemos que contienen un registro químico detallado del clima, el entorno y el comportamiento antiguos. Estos hallazgos demuestran que también preservan registros moleculares de los procesos evolutivos».

«Nos emocionó descubrir que estos fragmentos de proteínas persisten durante millones de años más de lo esperado y nos entusiasma investigar nuevas y antiguas preguntas macroevolutivas utilizando proteínas antiguas en dientes fósiles», afirma Kevin Uno, profesor asociado de biología evolutiva humana en Harvard y uno de los líderes del consorcio estadounidense, europeo y africano que realiza la investigación.

La presencia de estas secuencias de proteínas en los tejidos del esmalte en una de las regiones más cálidas del mundo indica que, en el futuro, los paleontólogos podrían descubrir proteínas en fósiles aún más antiguos.

Los investigadores creen que estos estudios revelan el potencial de la paleoproteómica para reconstruir la evolución de organismos antiguos, estimar con más precisión cuándo se dividen los diferentes linajes y comprender cómo se degradan las proteínas a lo largo del tiempo, además de ayudar a identificar lugares en entornos fríos y estables alrededor del mundo donde este material biológico antiguo pueda haberse conservado a lo largo del tiempo.

Según los autores, «esta investigación marca una nueva era para la biología evolutiva, donde los antiguos ecos de la vida, preservados en forma de proteínas, finalmente podrán escucharse, ofreciendo un conocimiento sin precedentes de la historia profunda de nuestro planeta».