miércoles, 30 de marzo de 2016
martes, 15 de marzo de 2016
La memoria de los árboles
La naturaleza lleva una contabilidad exacta del tiempo
El cuerpo humano no registra la fecha de sus heridas. Examinando la cicatriz de tu pierna, la ciencia no puede determinar en qué año te caíste de la bicicleta; la biopsia no revela la antigüedad de un cáncer. Los cuerpos de los árboles, en cambio, recuerdan las glaciaciones, las plagas, los incendios o terremotos: todos y cada uno de los intentos de invasión que han sufrido a lo largo de sus vidas. Esa información está grabada con precisión en sus anillas concéntricas. La dendrocronología es la ciencia que estudia esas fiables bases de datos. Fue fijada como disciplina académica por A. E. Douglass, fundador en 1937 delLaboratorio de Investigación de los Anillos de los Árboles en la Universidad de Arizona, que todavía sigue siendo el más importante del mundo.
Pero que un árbol no nos impida ver el bosque: lo importante es que Douglass creó escuela. Sus métodos enseguida se expandieron hacia la arqueología (muchas construcciones primitivas estaban hechas con madera), la hidrología (los árboles también registran los flujos de agua) y sobre todo la climatología (las plantas son puertas de acceso a las cuatro estaciones de cada uno de los últimos cientos o miles de años pasados). Son muchas las universidades norteamericanas y del resto del mundo con departamentos especializados en dendrocronología. En el Cono Sur hay dos de gran prestigio: el Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales, con sede en Mendoza, Argentina, y el Laboratorio de Dendrocronología de la Universidad Austral de Chile. Allí se descubrió que, tras la norteamericana Pinus longaeva, con hasta 4.500 años de vida, el alerce es la especie más antigua del mundo: les permitió reconstruir las temperaturas en la zona de los últimos 3.622 años.
¿Son los árboles la piedra Rosetta que permite traducir el idioma de la naturaleza? En Suiza –territorio neutral– se encuentra el Instituto Federal para la Investigación en Bosques, Nieve y Paisaje, que impulsa diversos archivos, como la Bibliografía de dendrocronología, que indexa más de 11.000 referencias en la materia, y el Glosario multilingüe de dendrocronología, que traduce 351 términos especializados a media docena de idiomas. Le pregunto a su creadora, Michèle Kaennel, cómo fue la gestación de ese diccionario: “Por cada idioma reuní equipos de hasta 50 profesionales de distintas disciplinas y trabajamos en red, asesorados por los máximos expertos internacionales”, explica. El año pasado fue comisaria de una exposición sobre el bosque fósil que se ha encontrado en plena ciudad de Zúrich: “Con 13.000 años, justo tras el retiro de los grandes glaciares alpinos, es el más antiguo y mejor conservado de este tipo”.
Observando microscópicamente esas anillas congeladas en el tiempo se puede acceder a un registro anual de la historia y de la prehistoria. “Próximamente, vamos a publicar en Nature un artículo con datos muy sorprendentes sobre un acontecimiento de la historia de Europa que nos han revelado las anillas de los árboles”, comenta entusiasmada. La escritura tiene unos 5.000 años de vida. Pero mucho antes de que los seres humanos inventáramos alfabetos, la naturaleza llevaba una contabilidad exacta del tiempo dibujando círculos en la leña y la savia. En ese idioma está escrito el auténtico Antiguo Testamento: cada una de las antiguas glaciaciones y diluvios e incendios.
Un descubrimiento asombroso
Parece seguro ya, según la morfología y el ADN nuclear, que la población de la Sima de los Huesos estaba, hace 430.000 años, en la senda de los neandertales.
Hace todavía poco tiempo, en 2014, se dio a conocer en la revista Nature el ADN humano más antiguo del mundo. Constituyó todo un hito en la corta historia de las investigaciones en el campo de la paleogenética. El fósil que proporcionó el ADN fue un fémur de hace 430.000 años de la Sima de los Huesos, en la Sierra de Atapuerca (Burgos), y el laboratorio donde se consiguió la proeza el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig. Paleontólogos de Atapuerca y genéticos del Max Planck firmaban el trabajo.
En aquel estudio pionero se reconstruyó el genoma mitocondrial casi completo de un individuo ensamblando segmentos increíblemente pequeños, en el límite mismo de lo reconocible. Nadie había podido repetir la hazaña de recuperar ADN humano tan antiguo hasta el día de hoy, en el que los mismos protagonistas hacen públicas, otra vez en Nature, nuevas secuencias genéticas de la población de la Sima de los Huesos.
Esta vez el estudio se ha centrado en el ADN nuclear. Hay que distinguir entre estos dos tipos de ADN para interpretar los resultados. El ADN mitocondrial se transmite por vía materna y se encuentra en unos orgánulos llamados mitocondrias (las “centrales de energía” de la célula) situados fuera del núcleo (en el citoplasma). El ADN nuclear es más fácil de entender: se hereda por las dos líneas, materna y paterna, se encuentra en los cromosomas y es el responsable de nuestras características de especie y, dentro de esta, de los rasgos individuales.
Los resultados de uno y otro tipo de ADN han resultado ser “aparentemente contradictorios” ; la realidad nunca es contradictoria, aunque a veces nosotros no seamos capaces de descifrarla coherentemente. En la anterior publicación se contaba que el ADN mitocondrial del fémur de la Sima de los Huesos era del mismo tipo que el de los fósiles de la cueva Denisova, situada nada menos que en Siberia, y que no estaba relacionado para nada con los neandertales.
Pero en otro estudio de 2014, este publicado en la revista Science, los paleontólogos de Atapuerca concluían que población de la Sima de los Huesos sí estaba relacionada evolutivamente con los neandertales, a pesar de que el ADN mitocondrial dijera lo contrario.
Los resultados de uno y otro tipo de ADN han resultado ser “aparentemente contradictorios” ; la realidad nunca es contradictoria, aunque a veces nosotros no seamos capaces de descifrarla coherentemente
Ahora, un segundo fémur ha corroborado que el ADN mitocondrial de la Sima de los Huesos se parece al de los denisovanos y no al de los neandertales. Pero el ADN nuclear de ese mismo fémur y el de un diente incisivo relacionan a la Sima de los Huesos con los neandertales, confirmando los resultados obtenidos estudiando las características físicas de los fósiles.
¿Cómo se puede entender esta paradoja? Parece seguro ya, en base a la morfología y el ADN nuclear, que la población de la Sima de los Huesos estaba, hace 430.000 años, en la senda de los neandertales. Pero su ADN mitocondrial, en cambio, no tenía nada que ver. Hacen falta más genomas nucleares y mitocondriales de otros yacimientos de la época para resolver el acertijo, aunque van a ser difíciles de conseguir (la conservación de los fósiles de la Sima parece única). De momento, una explicación compatible con los datos sería que el ADN mitocondrial de los neandertales vino de fuera y quizás lo trajeran poblaciones africanas que llegaron a Europa en un tiempo posterior al de la Sima.
El modo de tallar la piedra (la “cultura”) de las gentes de la Sima de los Huesos era de tipo achelense (o Modo II). Es la tecnología de las hachas de mano, como una que se encontró en la propia Sima con los esqueletos humanos. Es posible que los inmigrantes africanos que introdujeron en Europa el ADN mitocondrial de tipo neandertal también difundieran el tipo de tecnología que sigue al achelense, el Modo III, que se conoce en Europa como musteriense.
En todo caso, no dejemos que las disquisiciones técnicas nos roben el asombro ante el descubrimiento del ADN de unos remotos antepasados de los neandertales que pisaron la Tierra (nuestra tierra) hace más de 400.000 años.
Además, como llevamos alguna que otra gota de sangre neandertal en nuestras venas, también podemos considerarlos antepasados nuestros.
EVOLUCIÓN HUMANA
El ADN aclara el origen de los humanos de Atapuerca
Los 28 homínidos que yacen en la Sima de los Huesos tenían un parentesco estrecho con los neandertales, según el primer análisis de su material genético nuclear
Hace 430.000 años, al menos 28 niños y adultos de ambos sexos murieron y quedaron sepultados en una cueva de la Sierra de Atapuerca, en Burgos. Cuando los paleoantropólogos los encontraron, bautizaron el sitio como la Sima de los Huesos, ya que de allí sacaron más de 6.700 restos fósiles humanos. Aún no está claro si era una trampa mortal o una tumba con sentido religioso, pero, con el tiempo, la investigación sobre lo que allí sucedió se ha convertido en un referente mundial para el esclarecimiento de los capítulos más desconocidos de la evolución humana.
Ahora, por primera vez en la larga historia, se ha conseguido analizar ADN nuclear de dos de los individuos de la sima. Se trata de material genético extraído del núcleo celular, el más antiguo jamás analizado. El simple hecho de haber conseguido rescatarlo a partir de unos pocos microgramos de hueso molido de un fémur, varios dientes y escápulas, es ya un logro histórico. Pero lo más interesante es la historia que desvela.
Los homínidos de Atapuerca serían neandertales arcaicos, ancestros de los que habitaron Europa y se cruzaron con los sapiens
El equipo de paleoantropólogos que dirige las excavaciones de Atapuerca cree que los 28 humanos allí sepultados son neandertales arcaicos, ancestros de los miembros más modernos de esta especie que vivió en Europa hasta hace unos 40.000 años y con los que los sapiens tuvimos sexo e hijos. En 2013, gracias a la colaboración de un equipo especialista en recuperar ADN antiguo de los fósiles dirigido por Svante Pääbo, del Instituto de Antropología Evolutiva Max Planck en Leipzig, Alemania, lograron extraer por primera vez ADN de uno de estos individuos. Los resultados mostraron un inesperado parentesco con los denisovanos, otros homínidos que vivían en los remotos montes Altái de Siberia y cuyo descubrimiento se anunció en 2010.Ese parentesco era más estrecho que con los propios neandertales. Pero en aquella ocasión el tipo de ADN analizado era mitocondrial y por tanto solo ofrecía información de la línea materna.
El nuevo análisis aporta ahora la otra mitad de la historia, ya que el ADN nuclear lleva información tanto del linaje del padre como de la madre. En un estudio publicado hoy en Nature los responsables de esta investigación dicen que los humanos de la sima tenían un parentesco mucho más estrecho con los neandertales que con los denisovanos. De esta forma, el ADN confirma que los homínidos de Atapuerca serían neandertales arcaicos, ancestros de los que después conquistaron Europa y se cruzaron con los sapiens.
Pero el estudio también reafirma que el ADN mitocondrial, el de la línea materna, sigue emparentando a sus portadores con los denisovanos. Los neandertales posteriores tenían un ADN mitocondrial diferente, aunque aún no está claro por qué. Ante esta pieza que no encaja, algunos de los autores del estudio especulan que tal vez se deba a que una población de neandertales posterior habría llegado desde África a Europa, se habría cruzado con los grupos europeos y el ADN de sus mujeres habría acabado siendo dominante y diluyendo los restos aportados por los denisovanos.
SEXO POR TODOS LADOS
“La Sima de los Huesos es actualmente el único yacimiento sin permafrost que nos permite estudiar secuencias de ADN del Pleistoceno Medio, el periodo anterior a hace 125.000 años”, resalta Matthias Meyer, experto en secuenciación genética del Max Planck y primer autor del estudio. El trabajo no hubiera sido posible si los paleoantropólogos que excavaron la sima no hubiesen tomado medidas excepcionales para preservar los huesos y evitar que queden contaminados con ADN de otros organismos. “Durante muchos años esperamos que los avances en análisis molecular podrían algún día ayudarnos en la investigación de este yacimiento de fósiles único en el mundo”, ha explicado Juan Luis Arsuaga, codirector de Atapuerca y firmante del nuevo estudio. “Por eso extrajimos algunos de los especímenes con instrumentos limpios y los hemos dejado encapsulados en el barro circundante para minimizar alteraciones posteriores a la excavación”, resalta.
Extraer ADN del núcleo celular, es decir, de células que murieron hace 430.000 años, es un enorme reto tecnológico, explica Carles Lalueza-Fox, investigador experto en ADN antiguo que no ha participado en este estudio. El equipo comenzó “con unas 2.600 millones de secuencias” de ADN y fue descartando la inmensa mayoría hasta quedarse solo “con unas pocas posiciones comunes” que equivalen “a menos del 1% de todo el genoma humano”, detalla. Una de las conclusiones que extrae Lalueza-Fox de ese material es la aparición persistente de hibridaciones, sexo e hijos fértiles entre unas especies y otras. “Tenemos media docena de datos de este tipo y en cada uno encontramos una hibridación”, resalta.
“Estos resultados nos dan importantes puntos de referencia en la línea temporal de la evolución humana”, ha explicado Svante Pääbo en un comunicado de prensa del Max Planck. Los datos “son consistentes” con la hipótesis de que los sapiens nos separamos como especie de los otros “humanos arcaicos” hace entre 550.000 y 750.000 años, destaca. Además, queda claro que la divergencia de neandertales y denisovanos a partir de un ancestro común sucedió antes de hace 430.000 años, la fecha de la Sima.
Como suele ser habitual, el análisis del ADN antiguo da otro revolcón a la versión clásica de la evolución humana. “Por un lado simplifican la historia evolutiva de estos humanos y por otro la complica”, reconoce José María Bermúdez de Castro, codirector de Atapuerca y uno de los responsables del estudio. En 2014, el equipo decidió retirar a los homínidos de la sima su clasificación como especie Homo heidelbergensis, explica. Desde entonces están en una especie de limbo científico, sin especie asignada, pero con unas similitudes morfológicas neandertales muy claras, una conexión que confirma ahora el ADN. “La historia que ahora vemos es muy complicada, con una genealogía neandertal que tenía varias ramas, diferentes linajes” que ocupaban diferentes zonas y que podían reproducirse los unos con los otros, explica. Ahora, “lo que queda por determinar es si en la sima estamos ante una especie o una subespecie de neandertales”, agrega Bermúdez de Castro.
El equipo cree que posiblemente se pueda extraer más ADN nuclear en el futuro, lo que desvelaría nuevos capítulos de la aún misteriosa historia que rodea a los 28 cadáveres de la Sima de los Huesos. Uno, fundamental, es si eran todos miembros de una misma familia. “Sinceramente, pensamos que se encontrarán pruebas de ello”, concluye Bermúdez de Castro.
viernes, 11 de marzo de 2016
Descubierta una bacteria capaz de comerse un plástico muy común
El microbio vive en los vertederos de PET, uno de los materiales más usados para embotellar bebidas,y ha evolucionado en solo 70 añosOt
Fácil de producir a partir de derivados del petróleo, cómodo de conformar por soplado, transparente y asequible por un euro el kilo, el PET (polietilén-tereftalato) es uno de los plásticos más utilizados para embotellar toda clase de bebidas, y también por la industria textil: se producen cada año 50 millones de toneladas en el mundo, más o menos el 16% del total de plásticos fabricados. Su reciclado es ineficaz, y su biodegradación muy dificultosa, por lo que supone una excelente noticia que los científicos hayan descubierto una bacteria capaz de utilizarlo como alimento. Tras aislarla en un vertedero de PET, la han bautizadoIdeonella sakaiensis: ha nacido una estrella del reciclado.
Que Ideonella sakaiensis estuviera en un vertedero, o planta de reciclado, de PET puede parecer lógico, pero también plantea un enigma evolutivo de sumo interés: el PET solo existe desde hace 70 años, y ese es por tanto el plazo miserable que la bacteria ha tenido para evolucionar y convertir ese plástico en su principal fuente de carbono. Resolver este enigma no solo tendrá un interés teórico, sino también una gran utilidad para diseñar enzs que degraden otros plásticos de uso común.
Tras aislarla en un vertedero de PET, la han bautizado Ideonella sakaiensis: ha nacido una estrella del reciclado
Kohei Oda, Kenji Miyamoto y sus colegas del Instituto de Tecnología de Kyoto, la Universidad de Keio en Yokohama y otros centros japoneses, que presentan su hallazgo en Science, tomaron 250 muestras ambientales –sedimentos, suelos, aguas residuales— de una planta de reciclado de botellas de PET, y las cribaron por la capacidad de usar películas (films) de ese plástico como su principal fuente de carbono, es decir, como su alimento básico. La muestra 46 contenía un consorcio microbiano con esas características, compuesto por bacterias, levaduras y protozoos. El análisis reveló después que la clave era una sola bacteria del consorcio, y que ésta era una nueva especie del género Ideonella, llamado así porque lo describió en 1994 el centro Ideon, asociado a la universidad sueca de Lund.
Los dos genes clave que le permiten a Ideonella sakaiensis procesar y comerse el PET codifican (contienen la información para fabricar) dos enzimas de las que no había noticia hasta ahora: primero, la enzima PETasa sale de la bacteria y transforma el PET en un compuesto intermediario llamado MHET (mono(2-hidroxietil) tereftalato), que puede ser tragado por la bacteria; entonces la segunda enzima, la MHET hidrolasa, rompe ese compuesto para dar los dos compuestos básicos (monómeros) con los que se fabrica el PET en la industria: etilenglicol y ácido tereftálico. Estos son los dos derivados del petróleo con los que se sintetiza el PET, pero Ideonella sakaiensis los utiliza como alimento, con lo que el plástico acaba por desaparecer por completo. La única pega: el proceso lleva seis semanas.
¿De dónde han salido esas dos enzimas, o los dos genes que las codifican? Lo más parecido a la PETasa de Ideonella sakaiensis que recogen las bases de datos genéticas es una enzima distinta, que degrada unos compuestos diferentes, y que solo tiene un 51% de homología (parecido) en su secuencia de bloques elementales (aminoácidos). Y algo parecido, obviando los detalles, ocurre con la MHET hidrolasa, la segunda enzima clave de Ideonella sakaiensis.
Resolver este enigma no solo tendrá un interés teórico, sino también una gran utilidad para diseñar enzimas que degraden otros plásticos de uso común
Las nuevas enzimas suelen evolucionar a partir de otras preexistentes que tienen cierta laxitud en la elección de sustrato. Se dice que son enzimaspromiscuas, que sirven lo mismo para un roto que para un descosido. Las dos enzimas de Ideonella sakaiensis tienen una notable especificidad por el PET, que solo ha tenido 70 años para evolucionar, un tiempo muy corto para los estándares de la evolución. O más bien para los de la biología evolutiva.
Y hay un detalle sorprendente más: que los dos genes en cuestión se activan solo en presencia de PET. Esta “activación por sustrato” es un mecanismo muy común en las viejas rutas metabólicas, las de toda la vida. Parece evidente, sin embargo, que no tienen por qué ser el resultado de millones de años de paciente evolución. Con un siglo les sobra.
En el mejor de los casos, Ideonella sakaiensis nos permitirá degradar nuestros plásticos. En el peor, cuando desaparezcamos del planeta Tierra, no faltará quien se ocupe de limpiar nuestros residuos. La vida siempre encuentra su camino.
Suscribirse a:
Entradas (Atom)